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Nos Thèses par thème

Défis technologiques >> Fabrication additive, nouvelles voies d'économie de matériaux
183 proposition(s).

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Fabrication additive d'une jauge d'extensométrie haute température

DLORR (CTReg)

Autre DLORR

Master Sciences des Matériaux - Micromécanique

01-10-2020

SL-DRT-20-0217

manuel.fendler@cea.fr

Fabrication additive, nouvelles voies d?économie de matériaux (.pdf)

L'internet des objets apporte intelligence et connectivité au sein des outils industriels. Il permet une connaissance en temps réel des paramètres des équipements, ce qui permet d'optimiser les procédés par une meilleure connaissance et une meilleure prise en charge des conditions de fabrication. L'accumulation des données permet leur traitement statistique par machine learning en vue d'améliorer le procédé et le pilotage en temps réel grâce à d'avantage de connectivité et d'intelligence embarquée. Au c?ur de la collecte de données dans les outils, bon nombre de capteurs sont conçus à partir d'un élément sensible commun : la jauge d'extensométrie. Cependant les conditions opérationnelles en environnement industriel sont extrêmement sévères ; le stimulus majeur de dégradation est la température, avec des valeurs dépassant couramment les 400°C, ce qui élimine l'emploi des jauges qui sont fabriquées exclusivement sur substrats plastiques. L'objectif de cette thèse est donc de développer des capteurs à jauges hautes températures, en faisant levier sur les techniques additives à la fois pour la fabrication et l'intégration des jauges sur des corps d'épreuve topologiquement optimisés.

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Electronique sans contact dans un environnement haute-température soumis aux radiations

Département Architectures Conception et Logiciels Embarqués (LIST-LETI)

Laboratoire Intégration Gestion d'Energie Capteurs et Actionneurs

Master 2 microélectronique, mécatronique, physique du solide

SL-DRT-20-0249

gael.pillonnet@cea.fr

Nouveaux paradigmes de calculs, circuits et technologies, dont le quantique (.pdf)

L'objectif est de proposer de nouveaux types de schémas électroniques à partir d'un dispositif robuste à la température : la capacité variable électromécanique à actionnement électrostatique fabriquée à partir de technologies MEMS éprouvées. Ce type de dispositif est l'élément de base d'une nouvelle famille d'électronique récemment introduites par le CEA-Léti dite « électronique sans contact ». Ce programme de recherche s'inscrit dans une approche en rupture par rapport aux circuits électroniques à base transistors en réduisant drastiquement la dépendance à la température, permettant d'envisager des tenues en température de plusieurs centaines de dégrée centigrades. A partir des premiers résultats de simulations et de caractérisations expérimentales de l'équipe, le doctorant proposera, modélisera, simulera, fabriquera et caractérisera de nouvelles combinaisons de structures pour valider la tenue à la température et aux radiations. Le programme de recherche implique des partenaires à l'expertises diverses, tels que des experts en salle blanche, de l'électronique durcie, des circuits intégrée, des systèmes électromécanique et des circuits intégrés.

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Traitement de séries temporelles par IA pour les capteurs intelligents

Département Architectures Conception et Logiciels Embarqués (LIST-LETI)

Laboratoire Infrastructure et Ateliers Logiciels pour Puces

Master de recherche ou diplome d'ingénieur en IA

01-10-2020

SL-DRT-20-0261

marielle.malfante@cea.fr

Data intelligence dont Intelligence Artificielle (.pdf)

Un capteur est aujourd'hui un dispositif utilisé pour acquérir des données de modalité fixe (acoustique, pression, image, etc.). Ces données sont ensuite stockées avant d'être traitées par machine learning par exemple, en vue d'en extraire des informations pertinentes. Un très grand nombre de capteurs et de cas applicatifs peuvent être considérés : ? Microphones pour la classification automatique de scènes acoustiques, ? Capteurs de pression pour l'étude de la déformation et maintenance d'édifices architecturaux, ? Sismomètres pour l'étude de signaux précurseurs à des séismes, ou à des éruptions volcaniques, ? Bracelets connectés pour la détection de phases de stress, ? Etc. L'un des enjeu actuel est de pouvoir créer et designer des capteurs intelligents (smart sensors, Fig 1), c'est-à-dire des capteurs où la sortie serait directement l'information recherchée, et non plus le signal brut. Les smart sensors sont aujourd'hui un enjeu dans de nombreux domaines, en particulier quand les capteurs doivent fonctionner en autonomie et dans des environnements isolés, c'est-à-dire sous contrainte d'énergie et de capacités de stockage. C'est par exemple le cas lors de l'étude de paysages acoustiques pour la surveillance environnementale (forêts, zones sous-marines, etc). L'IoT et les capteurs de type « wearable » sont également des domaines visés. De nombreux points techniques sont à aborder pour passer d'un capteur traditionnel à un capteur intelligent. Le design de méthodes d'intelligence artificielle efficace pour le traitement des données, tout en étant suffisamment légères en termes calculatoires et énergétique est un premier challenge. Le design de ces mêmes méthodes à partir de jeux de données peu ou faiblement labélisées en est un autre. Le CEA mène déjà des études dans ce sens, et la pertinence de certains outils d'intelligence artificielle est évidente. Cette thèse se focalise sur les capteurs enregistrant des séries temporelles : stations inertielles, microphones, bracelets connectés, etc. Le c?ur du sujet est de travailler sur des méthodes d'IA pour les séries temporelles, dans un (ou plusieurs?) contexte applicatif. Le sujet s'inscrit dans une thématique plus globale concernant la fiabilité de l'IA (détection d'anomalies, détection d'événement non présents au cours de l'apprentissage), ainsi que le développement de méthodes d'IA performantes sous contrainte de labélisation. Le sujet est ambitieux et plusieurs voies de développement sont ouvertes.

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Réalisation par fabrication additive d'un dispositif 3D en céramique / métal, appliqué au transfert d'énergie à distance et au contrôle à distance.

DMIPY (CTReg)

Autre DMIPY

Master 2 Matériaux et procédés

01-09-2020

SL-DRT-20-0282

regis.delsol@cea.fr

Fabrication additive, nouvelles voies d?économie de matériaux (.pdf)

La plateforme Matériaux du CEA Tech Occitanie conduit des travaux de recherche appliquée dans le domaine de la fabrication additive de céramiques. Le sujet proposé vise à consolider au travers d'un cas applicatif, la capacité de concevoir et réaliser des dispositifs céramique/métal. Le dispositif réalisé sera intégré à un système mécatronique incluant un ou plusieurs capteurs et permettra le transfert de puissance et le pilotage à distance. La première phase de la thèse d'une durée de 9 mois consistera en un étude bibliographie relative au sujet et une étude de dimensionnement du dispositif en vue de choisir en fin de période, le meilleur couple céramique/métal pour assurer la fonction demandée. La deuxième phase d'une durée de 9 mois, consistera à réaliser des prototypes en céramique en géométrie plane, de les métalliser en testant plusieurs approches. Des caractérisations mécaniques, morphologiques et diélectriques seront réalisés pour évaluer notamment la qualité de l'interface obtenue. La troisième phase d'une durée de 12 mois consistera à réaliser le dispositif final en géométrie 3D. Des tests fonctionnels du dispositif seront réalisés. Les six derniers mois de la thèse seront réservés pour la rédaction.

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Intégration microélectronique de convertisseurs DC/DC piézoélectriques

Département Architectures Conception et Logiciels Embarqués (LIST-LETI)

Laboratoire Intégration Gestion d'Energie Capteurs et Actionneurs

Master 2 électronique, ginei électrique, microélectronique, mécatronique

SL-DRT-20-0286

adrien.morel@cea.fr

Systèmes cyberphysiques - capteurs et actionneurs (.pdf)

L'objectif de cette thèse est d'étudier l'intégration en technologie microélectronique de convertisseurs d'énergie électrique de type continue-continue utilisant un transfert adiabatique dans un élément électromécanique à transduction piézoélectrique. Ce nouveau principe de conversion basé sur des résonateurs piézoélectriques assure une transduction d'énergie électrique-mécanique-électrique alternative aux techniques actuelles de transferts capacitif et/ou inductif tout en garantissant une large plage de rapport de conversion avec un rendement de conversion élevé. Récemment, le MIT a également pointé l'intérêt de ce nouveau type de convertisseur via un médium piézoélectrique pour améliorer la miniaturisation des alimentations [Boles19]. Les équipes du CEA-Léti sont pionniers sur cette thématique en publiant une première preuve de concept expérimentale [Pollet2019] à base d'électronique non-intégrée et d'un résonateur piézoélectrique massif. Dans une première phase, le travail vise la mise au point d'un étage de puissance et de son contrôle dans un circuit intégré autour d'un résonateur piézoélectrique dit massif (externe à la puce). Ce premier niveau d'intégration permettra de viser des transferts d'énergie plus fréquents et un niveau de synchronisation plus précis afin de réduire la taille de l'élément piézoélectrique non-intégré dans la puce. Afin de maintenir le processus adiabatique de transfert de charges par commutations douces, il est nécessaire notamment d'intégrer des capteurs de courants et de tensions performants et à basse consommation par rapport à la puissance du convertisseur. Il sera également étudié des modes de résonance alternatifs pour garantir une montée en fréquence et la déclinaison de grandes familles de convertisseurs (abaisseur, élévateur, isolation galvanique?). Un premier démonstrateur intégré dans la gamme du Watt et d'une surface sub-centimétrique est visé. Dans une deuxième phase, le doctorant étudiera la possibilité d'intégration du piézoélectrique en couche mince pour son intégration au plus proche de la puce de puissance. Sur la base des travaux sur les piézoélectriques menés dans les salles blanches du Léti, l'impact sur les performances électriques du convertisseur sera calculé. [Pollet2019] B. Pollet et al., A New Non-Isolated Low-Power Inductorless Piezoelectric DC?DC Converter, Trans. on Power Electronics, 2019. [Boles] J. D. Boles et al., Enumeration and analysis of dc-dc converter implementations based on piezoelectric resonators," Proc. IEEE Workshop on Control and Modeling for Power Electronics, June 2019.

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IA embarquée pour l'interprétation sémantique d'un modèle d'environnement probabiliste

Département Architectures Conception et Logiciels Embarqués (LIST-LETI)

Laboratoire Infrastructure et Ateliers Logiciels pour Puces

Master de recherche ou diplome d'ingénieur

01-10-2020

SL-DRT-20-0291

tiana.rakotovao@cea.fr

Data intelligence dont Intelligence Artificielle (.pdf)

Dans le cadre général du véhicule autonome, la problématique de perception et modélisation de l'environnement est primordiale. Comment représenter l'environnement immédiat du véhicule ? Comment détecter et identifier les différents obstacles ? Les zones libres, praticables et sécurisées pour le véhicule ? Comment prédire l'état de l'environnement à un instant futur ? Quelle combinaison de capteurs est optimale pour parvenir à une modélisation et description exhaustive de l'environnement ? Aujourd'hui ces questions ont toutes des ébauches de réponses, mais restent ouvertes. La contrainte de l'embarquabilité des solutions proposées est par ailleurs très forte, et est aujourd'hui au c?ur des préoccupations du CEA. Quels traitements des données capteurs sont envisageables en embarqués ? Le formalisme de Grille d'Occupation présente plusieurs avantages pour représenter et modéliser l'environnement d'un véhicule. Plusieurs capteurs de modalité différentes viennent alimenter la grille, chaque modalité apportant une information spécifique. L'infra-rouge est ainsi particulièrement efficace de nuit, le lidar particulièrement performant pour voir à 360° mais est limité en conditions d'intempéries auquel cas un radar sera plus adapté. A contrario l'ultrason est souvent utilisé pour analyser les très faibles distances. Des méthodes basées sur la fusion bayésienne ont été développées au sein du CEA pour produire SigmaFusion, un outil permettant de fusionner les informations issues de différents capteurs et de produire une grille d'occupation évoluant au cours du temps. L'un des points forts de SigmaFusion réside en l'optimisation calculatoire, rendant ainsi la technologie particulièrement efficace et compétitive sous de fortes contraintes d'intégration embarquée (intégration bas-coût et basse consommation sur des microcontrôleurs qualifiés pour les tâches critiques pour l'automobile). Une question actuellement en cours de développement consiste à utiliser des méthodes embarquées d'intelligence artificielle afin d'analyser la sémantique des grilles d'occupation. Quelles sémantiques pourront être estimées en appliquant des méthodes IA sur des successions de grilles d'occupation ? Peut-on détecter automatiquement, en temps réel, et à faible coût énergétique et calculatoire les objets évoluant dans la scène (piétons, cycliste, voitures, etc.) ? Cette question et le développement des solutions adaptées sont le sujet de cette thèse.

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Modèle des pertes énergétiques dû à l'encrassement des modules PV bifaciaux et à la diminution de l'albédo induite.

Département des Technologies Solaires (LITEN)

Laboratoire Systèmes PV

Matériaux et innovations technologiques- Science génie des matériaux

01-10-2020

SL-DRT-20-0303

eric.pilat@cea.fr

Energie solaire pour la transition énergétique (.pdf)

La génération d'énergie à partir des technologies solaires devient de plus en plus importante et en conséquence la prise en compte sérieuse d'un problème, l'encrassement. Aujourd'hui, l'unité de mesure n'est plus le Giga Wh mais le Tera Wh et, par conséquent, le plus petit pourcentage de pertes peut générer un déficit économique considérable. Afin de réduire le coût de l'énergie produite (LCOE), les acteurs cherchent à implanter leurs installations dans les régions les plus ensoleillées, arides et malheureusement souvent très poussiéreuses. Enfin une nouvelle technologie prometteuse de cellules PV, capables de capter les photons sur les deux faces a émergé récemment et nécessite de revoir fondamentalement l'approche salissure en prenant en particulier en compte les variations d'albédo du sol. Le contexte de l'étude est favorable, car motivée par un nombre croissant de brevets et d'articles, une forte pression sur les coût du nettoyage et de la consommation d'eau et de nouvelles applications comme l'agri-PV particulièrement sensibles. Le doctorant a pour objectif principal, le développements d'algorithmes de calcul de l'impact salissure à partir des caractéristiques des champs PV, des données mesurées sur les systèmes et en prenant en compte les paramètres environnementaux influents. il identifie les meilleures méthodes et instruments de mesure pour quantifier le taux de salissure. La difficulté scientifique réside dans la diversité des matériaux concernés et le challenge consiste à appréhender et reproduire de multiples phénomènes physico-chimiques en cause dans le processus d'accumulation de la salissure.

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Développement d'un dépôt électrochimique de polymères

Département des Plateformes Technologiques (LETI)

Laboratoire

Master 2 chimie, électrochimie

01-10-2020

SL-DRT-20-0308

paul.haumesser@cea.fr

Matériaux et procédés émergents pour les nanotechnologies et la microélectronique (.pdf)

Le dépôt électrophorétique de polymères est une technique utilisée pour le dépôt de nombreux polymères tels que le polyetherimide (PEI). Ce dépôt requiert habituellement des tensions de plusieurs à plusieurs dizaines de volts. Il est reconnu que des processus électrochimiques interviennent dans les mécanismes de dépôt. Des résultats récents semblent indiquer que ces mécanismes électrochimiques peuvent être efficaces dès l'application de potentiels moins élevés (<3V), ce qui ouvre la possibilité d'un dépôt dans des conditions plus douces et avec un contrôle accru. Cette thèse vise donc à étudier les mécanismes en jeu lors du dépôt de PEI dans ces conditions, ce qui pourrait permettre le développement d'un procédé de dépôt original de ce polymère applicable à la fabrication de capacités à fort champ de claquage. De plus, cette approche pourrait être étendue à d'autres polymères isolants pour des applications potentielles en santé (packaging de pistes conductrices pour les systèmes implantés ou portés, avec topologie), ou à des polymères hydrophiles et/ou poreux : encapsulation d'édifices biologiques (cellules, enzymes, bactéries) ou filtrage de cellule dans les systèmes de micro-organes sur puces.

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Caractérisation de batteries tout-solide utilisant les installations neutrons et synchrotron

Département de l'Electricité et de l'Hydrogène pour les Transports (LITEN)

Laboratoire Matériaux

Physicien de la matière molle

01-10-2019

SL-DRT-20-0317

lionel.picard@cea.fr

Nano-caractérisation avancée (.pdf)

Ayant pour objectif d'améliorer la densité d'énergie massique et la sécurité des batteries au lithium, des batteries « tout-solides » sont actuellement en développement, composées d'un électrolyte soit polymère, soit (vitro)céramique, soit une combinaison des deux, connue sous le nom d'hybrides. Ces activités de recherche sont déjà bien implantées au CEA-Grenoble, au travers notamment de développements de matériaux céramiques conducteurs ioniques et de polymères conducteurs type « single-ion ». Dans ce contexte, le doctorant aura pour objectif de supporter ces travaux au travers d'une meilleure compréhension des électrolytes hybrides. Pour cela, il caractérisera en détail la structure et les propriétés de tels systèmes, et plus particulièrement, leurs organisations locales/nanométriques, les interfaces organiques/inorganiques et les interfaces électrolyte/électrode. Ces études utiliseront des matériaux déjà disponibles au CEA et des nouveaux matériaux de cathode provenant d'UMICORE, mais aussi des matériaux en cours de développement. Le doctorant utilisera des techniques neutroniques et synchrotron de ruptures, comme la diffusion aux petits angles, la micro-tomographie, les micro-faisceaux et des techniques d'imageries, afin de caractériser les matériaux hybrides ex-situ et dans des dispositifs operando. Enfin, basé sur ses résultats, il proposera des voies potentielles d'optimisation de ces systèmes.

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Méthodes d'apprentissage profond non supervisé pour les attaques par canaux auxiliaires

Département Systèmes (LETI)

Centre d'Evaluation de la Sécurité des Technologies de l'Information

Master 2 Mathématiques/Cryptographie/Informatique/Machine Learning

01-09-2020

SL-DRT-20-0324

eleonora.cagli@cea.fr

Cybersécurité : hardware et software (.pdf)

Les produits sécurisés grâce à des mécanismes cryptographiques embarqués, par exemple les cartes à puce, peuvent être vulnérables aux attaques par canaux auxiliaires. Ces attaques se basent sur l'observation de certaines quantités physiques mesurées pendant l'activité du dispositif, comme la consommation de puissance, le rayonnement électromagnétique, le temps écoulé, ? dont la variation provoque une fuite d'information. Ces fuites d'information, dûment analysées, peuvent permettre à un attaquant de remonter à des données sensibles, comme les clés secrètes des algorithmes cryptographiques, et donc de mettre en défaut la sécurité du dispositif. Pour l'analyse des fuites d'information, récoltés sous forme de grandes bases de données de signaux de grande taille, les méthodes d'apprentissage profond sont aujourd'hui devenues incontournables. Depuis 2016 le sujet intéresse de plus en plus les chercheurs du domaine de la sécurité embarquée, qui constatent surtout l'efficacité de ces méthodes d'attaque dans le cadre des attaques profilées. Dans ce contexte l'attaquant a à disposition une base de données complètement maitrisée lui permettant une phase d'entrainement supervisé. Il s'agit du contexte le plus favorable pour l'attaquant. Pour la mise en place de véritables attaques sur le terrain, ainsi que de plus en plus dans le cadre d'évaluation de systèmes sécurisés complexes, ce scenario n'est pas envisageable. Dans le vaste état de l'art des attaques non-supervisées les méthodes d'apprentissage automatique sont apparues depuis une dizaine d'années, les algorithmes de clustering en étant une partie qui a suscité beaucoup d'intérêt. Aujourd'hui, le domaine de l'apprentissage profond fait évoluer les algorithmes de clustering, en s'appuient notamment sur les méthodes d' « embedding », c'est-à-dire de représentation des données dans un espace qui privilégie certaines relations « utiles ». Le domaine d'application principale de ces techniques est aujourd'hui la représentation des mots pour l'analyse des langages naturels : une représentation utile immergera les mots dans un espace où les mots du même champ sémantique sont à une faible distance. L'objectif de cette thèse est étudier les techniques de « deep embeddings », évaluer leur adéquation avec les scénarios d'attaques non-supervisés, notamment dans le cadre des algorithmes cryptographiques asymétriques à clé publique, formaliser une stratégie d'attaque performante basée sur ces techniques et en analyser en profondeur les propriétés.

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Développement d'aimants permanents hautes performances NdFeB par Powder Injection Moulding

Département des Technologies des NanoMatériaux (LITEN)

Laboratoire de Formulation des Matériaux

Chimie des matériaux, option polymère

01-11-2020

SL-DRT-20-0329

sebastien.rolere@cea.fr

Efficacité énergétique pour bâtiments intelligents, mobilité électrique et procédés industriels (.pdf)

De par leurs très bonnes performances magnétiques, les aimants permanents en NdFeB participent à la transition énergétique, avec des applications dans les secteurs de l'énergie (turbines d'éoliennes) et du transport (véhicules électriques). Ces aimants sont généralement produits par pressage de poudre et frittage, et l'obtention de formes complexes passent alors par des opérations d'usinage coûteuses. Le procédé PIM (Powder Injection Moulding), qui permet la mise en ?uvre de poudres inorganiques au travers de techniques classiques de la plasturgie, est actuellement considéré pour la fabrication d'aimants NdFeB de haute densité et aux géométries complexes. Les propriétés magnétiques des aimants en NdFeB sont significativement dégradées par la présence de contaminants carbone et/ou oxygène. Or, le procédé PIM nécessite (i) la formulation de feedstocks (mélanges) à partir de polymères organiques (liants) pour le moulage par injection, et (ii) la mise en place d'étapes post-injection de déliantage chimique et thermique, qui sont autant de sources potentielles de contamination du matériau. Ces différentes sources nécessitent d'être étudiées afin de réduire au maximum la contamination dans les aimants et ainsi d'optimiser leurs propriétés magnétiques. En outre, l'étude des interactions physico-chimiques entre les liants polymères (et leurs produits de dégradation) et la poudre NdFeB, doit permettre l'élaboration de feedstocks injectables et adaptés à l'élaboration d'aimants permanents à basse contamination et aux propriétés magnétiques optimales.

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Modèle de programmation concret pour ordinateurs avec accélérateurs quantiques

Département Architectures Conception et Logiciels Embarqués (LIST-LETI)

Laboratoire Infrastructure et Ateliers Logiciels pour Puces

Master informatiques / école d'ingénieur

01-10-2020

SL-DRT-20-0364

Henri-Pierre.Charles@cea.fr

Nouveaux paradigmes de calculs, circuits et technologies, dont le quantique (.pdf)

Les ordinateurs quantiques permettront d'obtenir des performances de calcul inédites grâce à un mode de calcul très différent des ordinateurs classiques : le support de l'information n'est plus un bit a 2 états mais un qbit porteur d'une information analogique, d'intriquer une multitude de qbits et de les manipuler. Par ailleurs, c'est la possibilité d'une façon cohérente qui permettra d'obtenir des puissances de calcul inédites. Ces ordinateurs, dont les applications seront très spécifiques, seront connectés à des ordinateurs classiques à partir desquels on utilisera ces accélérateurs. Ce type d'architecture hétérogène existe déjà : on programme un GPU ou un DSP à partir d'un processeur classique. Mais dans ce cas les modèles de calculs sont similaires et les données utilisent les mêmes représentation : le format binaire en complément à 2 pour les nombres entiers (limités a 64 bits), le format IEEE 754 pour les nombres en virgule flottante, l'UNICODE pour les caractères, etc. Dans une machine quantique (comme dans la vision de l'université de DELFT [3]), il faudra mélanger deux types de modèles de calculs très différents (modèle Von Neumann et modèle Quantique) et des espaces de représentation des données également différents. On attend de cette thèse une exploration des différents modèles de calcul et les façons de passer de l'un à l'autre. Un langage de programmation et des outils de compilation permettant d'implémenter des algorithmes et les faire fonctionner sur différentes plateformes (matérielles ou simulées) sont les attendus de fin de thèse. Le candidat devra s'approprier et l'état de l'art sur : les machines quantiques actuelles (via des plateforme de simulation et/ou des machines réelles), prendre en compte les caractéristiques des qbits physiques réalisés au LETI, maîtriser les modèles de calcul adaptés au calcul quantique (ZX calculus[2]), assimiler les algorithmes et appli- cations [6] connues dans le domaine quantique, voire identifier de nouveaux algorithmes candidats à l'usage d'une machine quantique. Le sujet est vaste et pluridisciplinaire, mais le CEA possède un écosystème où toutes ces connaissances sont présentes aussi bien au niveau design des qbits physiques, qu'au niveau électronique, mais aussi au niveau architecture des ordinateurs et des langages de programmation. Des chercheurs de l'UGA apporteront également leur connaissances, au niveau algorithmique comme au niveau modèle de programmation. Grâce à la synthèse des connaissances, le candidat pourra proposer un modèle de programmation des accélérateurs quantique en lien avec les langages de programmation actuels[7] en se basant sur des modèles préexistant comme le ZX calculus [2]. Ce modèle devra également intégrer la possibilité d'intégrer une partie classique pour le contrôle et l'accès aux données et une partie quantique pour la partie accélérée du programme. Les applications classiques déjà identifiées dans cet article [6] pourront servir de benchmarks et démontrer l'intérêt de l'approche. D'autres applications pourront être étudiées pour mesurer l'intérêt d'une accélération quantique. [1] H. Bohuslavskyi, A. G. M. Jansen, S. Barraud, V. Barral, M. Cassé, L. Le Guevel, X. Jehl, L. Hutin, B. Bertrand, G. Billiot, G. Pillonnet, F. Arnaud, P. Galy, S. De Franceschi, M. Vinet, and M. Sanquer. Cryogenic subthreshold swing saturation in fd-soi mosfets described with band broadening. IEEE Electron Device Letters, 40(5):784787, May 2019. 3 [2] Niel de Beaudrap and Dominic Horsman. The ZX calculus is a language for surface code lattice surgery. arXiv preprint arXiv:1704.08670, 2017. [3] X. Fu, L. Riesebos, L. Lao, C. G. Almudever, F. Sebastiano, R. Versluis, E. Charbon, and K. Bertels. A Heterogeneous Quantum Computer Architecture. In Proceedings of the ACM International Conference on Computing Frontiers, CF '16, pages 323 330, New York, NY, USA, 2016. ACM. [4] Harald Homulle, Stefan Visser, Bishnu Patra, Giorgio Ferrari, Enrico Prati, Car- men G. Almudéver, Koen Bertels, Fabio Sebastiano, and Edoardo Charbon. Cry- oCMOS Hardware Technology a Classical Infrastructure for a Scalable Quantum Computer. In Proceedings of the ACM International Conference on Computing Frontiers, CF '16, pages 282287, New York, NY, USA, 2016. ACM. [5] Louis Hutin, Benoit Bertrand, Yann-Michel Niquet, Jean-Michel Hartmann, Marc Sanquer, Silvano De Franceschi, Tristan Meunier, and Maud Vinet. SOI MOS Technology for Spin Qubits. ECS Transactions, 93(1):3536, October 2019. [6] Ashley Montanaro. Quantum algorithms: an overview. November 2015. [7] Benoît Valiron, Neil J. Ross, Peter Selinger, D. Scott Alexander, and Jonathan M. Smith. Programming the quantum future. Communications of the ACM, 58(8):52 61, 2015. [8] Rodney Van Meter and Clare Horsman. A Blueprint for Building a Quantum Com- puter. Commun. ACM, 56(10):8493, October 2013.

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Etude de la structure et des performances des électrodes de pile à combustible en relation avec le processus de fabrication grâce à l'imagerie et à la diffusion de neutrons et de rayons X

Département de l'Electricité et de l'Hydrogène pour les Transports (LITEN)

Laboratoire Composants Pemfc

Matériaux, Electrochimie, Physique.

01-10-2020

SL-DRT-20-0365

arnaud.morin@cea.fr

Solutions avancées pour l?hydrogène et les piles à combustible pour la transition énergétique (.pdf)

Les véhicules automobiles à zéro émission utilisant l'hydrogène comme carburant et alimentés par une pile à combustible à membrane échangeuse de protons (PEMFC) sont maintenant disponibles dans le commerce. Cependant, la commercialisation à grande échelle des véhicules à pile à combustible PEM nécessite des progrès en termes de performances, de coût et de durabilité, pour lesquels l'électrode est le composant le plus limitant. Elle est constituée d'un mélange aléatoire de nanoparticules à base de platine dans un réseau de polymères conducteurs de protons. L'électrode est obtenue à partir d'une suspension, appelée encre, après évaporation des solvants. Actuellement, la recherche et le développement pour améliorer les performances de l'électrode et réduire les coûts de fabrication reposent sur un approche de type essais/erreurs. L'objectif de ce projet est d'accroître les connaissances sur les relations entre la composition de l'encre, la structure, les propriétés et les performances des électrodes. L'évolution de l'encre au cours du processus de séchage et de l'électrode ainsi obtenue sera caractérisée par la diffusion de neutrons et de rayons X, en tant qu'outils complémentaires permettant de mieux comprendre l'organisation du matériau catalytique et du polymère. En corrélant ces résultats avec les mesures électrochimiques, structurelles et d'imagerie d'Operando, nous visons à rationaliser la conception des électrodes. Ce projet implique des partenaires possédant toutes les compétences complémentaires nécessaires à cette étude présentant un intérêt tout particulier pour le partenaire industriel TOYOTA, qui est le leader dans la recherche, le développement et la production de voitures à piles à combustible.

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Co-conception de réseaux de neurones profonds adaptés au FHE et au MPC

Département Architectures Conception et Logiciels Embarqués (LIST-LETI)

Laboratoire composants logiciels pour la Sûreté et la Sécurité des Systèmes

M2 crypto ou IA

01-10-2019

SL-DRT-20-0388

aymen.boudguiga@cea.fr

Cybersécurité : hardware et software (.pdf)

Dans le cadre de cette thèse, l'étudiant devra étudier les scenarios dans lequel les techniques de cryptographie homomorphe (FHE) fournissent une contre-mesure pertinente à des menaces de confidentialité pesantes sur des systèmes à base de réseaux de neurones. Afin de mener à bien cette tâche, il s'agira plus précisément de s'appuyer sur les nombreux degrés de liberté dans la conception de tels réseaux mais également dans la conception de cryptosystèmes homomorphes afin proposer des réseaux et des FHE spécialisés se mariant aussi efficacement que possible. Le candidat cherchera donc à pousser aussi loin que possible une stratégie de co-design application/FHE afin notamment : d'évaluer des réseaux de neurones profonds sur des entrées chiffrés (confidentialité des entrées/sorties d'un tel réseau) ainsi que d'évaluer des réseaux chiffrés sur des entrées pouvant être claires ou chiffrées (confidentialité modèle/sorties avec confidentialité optionnelle des entrées). Ceci impliquera de définir un "neurone FHE" efficace et de se poser des questions de confidentialité sur l'ensemble de son cycle de vie : depuis l'évaluation homomorphe unitaire d'un tel neurone, l'évaluation de réseaux complets de ces neurones (selon les scenarios de confidentialité ci-dessus) et jusqu'aux problématiques de construction de/d'apprentissage pour ces réseaux (sur données claires, la thèse ne portant a priori que sur la phase d'inférence). De manière complémentaire, le doctorant investiguera l'applicabilité de ses travaux en context MPC. Idéalement, il s'agira de comparer les techniques de FHE et de MPC dans les différents scenarios étudiés, de jauger l'efficacité du "neurone FHE" sur support MPC et d'étudier les complémentarités possibles entre les deux approches. Enfin, des implémentations preuve de concept devront fournir des résultats expérimentaux permettant de juger de la pertinence pratique des travaux, en particulier lorsqu'il s'agit d'associer un certain type de réseaux avec un type de FHE ou de MPC ou de mesurer l'écart de performance à combler pour arriver à évaluer des réseaux de taille et de complexité significatives.

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Algorithmes prouvés de simplification et de résolution pour la preuve de programmes

Département Ingénierie Logiciels et Systèmes (LIST)

Laboratoire pour la Sûreté du Logiciel

Master en méthodes formelles

01-09-2020

SL-DRT-20-0396

loic.correnson@cea.fr

Cybersécurité : hardware et software (.pdf)

La plateforme Frama-C développée au CEA permet la vérification formelle de programmes critiques. Elle est utilisée de manière industrielle dans différents domaines, comme l'aéronautique ou l'énergie, pour garantir l'absence de défaut de programmes C quelque soient leur conditions d'utilisation. Une garantie d'absence de bug ne peut être obtenue qu'en utilisant des outils de raisonnement automatique, que ce soit des assistants de preuve (Coq, PVS, HOL) ou des solveurs SMT (Z3, CVC4, Alt-Ergo). Pour le passage à l'échelle de ces techniques sur des codes industriels, il est cependant nécessaire de passer par une étape de simplification préalable des objectifs de preuve. Au sein de Frama-C, nous avons pour cela développé le moteur Qed qui est chargé de cette étape critique de simplification. Cela a permis notamment des gains d'automatisation considérables dans l'automatisation des preuves de programmes développés par Airbus, conduisant à la généralisation de cette approche dans leur processus de production industrielle. Depuis ses premiers développements en 2015 le moteur Qed a connu de nombreux perfectionnements qui sont de plus en plus difficiles à developper tout en s'assurant de la correction des simplifications réalisées. Il devient maintenant nécessaire d'automatiser la vérification du moteur Qed lui-même. Le but de la thèse est de re-developper entièrement Qed dans l'environnement de preuve Why-3 en spécifiant et en vérifiant la correction de ses algorithmes de simplification. A terme, le code extrait du développement Why-3 serait utilisé en remplacement complet du moteur actuel au sein de Frama-C.

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Techniques de sécurisation matérielle d'algorithmes de cryptographie tirant partie du calcul en mémoire

Département Architectures Conception et Logiciels Embarqués (LIST-LETI)

Laboratoire Intégration Silicium des Architectures Numériques

Master 2 microelectronique

01-10-2020

SL-DRT-20-0401

simone.bacles-min@cea.fr

Cybersécurité : hardware et software (.pdf)

Le laboratoire LISAN (Laboratoire Intégration Silicium et Architecture Numérique) développe et conçoit des systèmes sur puces (SoC) innovants à base d'architectures multic?urs ainsi que des architectures basse consommation dédiées à l'Internet des Objets (Internet of Things - IoT). Le domaine de l'IoT remet à plat de nombreux prérequis, notamment au niveau de la sécurité des objets connectés autonomes en énergie. Les nouvelles architectures se veulent les plus économes en énergie possible. L'implémentation de la sécurité dans l'IoT doit donc elle aussi être guidée par l'énergie disponible, sans pour autant mener à des failles de sécurité. Une mémoire intelligente, appelée C-SRAM, permettant de faire des calculs au sein de la mémoire a été conçue au sein du laboratoire. L'objectif de la thèse est d'étudier les possibilités de cette mémoire du point de vue de la sécurité. Les propriétés intrinsèques de cette mémoire intelligente permettent d'envisager l'implémentation de plusieurs algorithmes et surtout de nouvelles contre-mesures contre les attaques physiques combinées (canaux auxiliaires et en fautes.

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Intégration de réseaux de neurones à base d'oscillateurs verrouillés par injection

Département Architectures Conception et Logiciels Embarqués (LIST-LETI)

Laboratoire Intégration Gestion d'Energie Capteurs et Actionneurs

Ecole Ingénieur Electronique

01-09-2020

SL-DRT-20-0418

franck.badets@cea.fr

Nouveaux paradigmes de calculs, circuits et technologies, dont le quantique (.pdf)

Les réseaux de neurones ont fait la preuve de leur supériorité par rapport aux architectures de calcul de type Von Neumann pour les opérations de classification complexes. L'embarquement de réseaux de neurones proche du capteur (Edge IA) est souhaitable car elle permettrait de réduire la consommation d'énergie des réseaux de capteur sans fil en donnant plus d'autonomie de décision aux capteurs et en limitant le nombre de communication nécessaires entre les capteurs et le centre de ressource en calcul. Il existe actuellement un axe de recherche visant à diminuer sensiblement la consommation des neurones afin de répondre aux besoins de l'Edge IA. A côté des implémentations purement numériques, des solutions analogiques voient le jour. Le but de la thèse est de démontrer la faisabilité de l'intégration sur silicium d'un réseau de neurones Ultra Faible Consommation utilisant des Oscillateurs Verrouillés par Injection (ILO) comme neurone. Le candidat à cette thèse doit avoir une bonne connaissance des domaines de l'apprentissage statistique et des réseaux de neurone en particulier. Il doit également avoir un bon niveau en électronique analogique. L'approche théorique nécessitera de bonnes aptitudes mathématiques et une bonne connaissance des langages de modélisation tel que python. Le travail de thèse doit aboutir à l'intégration d'un réseau de neurones à ILOS sur silicium ainsi qu'à la démonstration de sa capacité d'apprentissage, pour une consommation à l'état de l'art.

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Nanocomposites avancés pour l'impression additive

Département des Technologies des NanoMatériaux (LITEN)

Laboratoire Synthèse et Intégration des Nanomatériaux

Ingénieur / Master 2 en chimie - matériaux

01-10-2020

SL-DRT-20-0419

thomas.pietri@cea.fr

Fabrication additive, nouvelles voies d?économie de matériaux (.pdf)

Les objectifs scientifiques proposés sont à la croisée des nanomatériaux et des techniques d'impression additive. Différentes technologies d'impression 3D de matrices polymériques ont été développées, permettant la conversion d'un modèle numérique en modèle physique avec une grande précision. Mais, sans doute en raison du développement très récent de ces technologies, les matériaux actuellement disponibles présentent des limitations pour de nombreuses applications, qui pourraient être résolues par l'utilisation de nanocomposites à haute performance. Le travail qui sera réalisé dans cette thèse consistera à réaliser la synthèse et la fonctionnalisation de nanomatériaux à forts facteurs de formes (nanofils, nanotubes), puis à les intégrer dans des matrices polymères. Après caractérisation des propriétés des nanocomposites ainsi obtenus, des fils de nanocomposites seront réalisés pour être utilisés dans la fabrication d'objets par impression 3D. Les nanocomposites à haute performance visés seront utilisés pour la réalisation de pièces ayant une forte conduction électrique et/ou thermiques. Des applications pour le domaine de la santé seront aussi envisagées.

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Etude des mécanismes de dégradation et Fiabilité dynamique des composants GaN sur Si

Département Composants Silicium (LETI)

Laboratoire de Caractérisation et Test Electrique

MASTER2 ou Ecole d'Ingenieur sciences des matériaux, électronique

01-10-2020

SL-DRT-20-0430

william.vandendaele@cea.fr

Matériaux et procédés émergents pour les nanotechnologies et la microélectronique (.pdf)

Les composants de puissance GaN sur Si sont aujourd'hui vus comme la prochaine génération de composants « mass market » pour la conversion d'énergie électrique à haut rendement. Dans ce cadre, le LETI développe sa propre filière GaN sur Si (compatible CMOS) allant du substrat au module final. Ces dispositifs doivent opérer des commutations entre un état de forte tension (~650V) et de fort courant (~20A) à des fréquences élevées (> 100kHz). Les performances statiques et dynamiques étant établies, il est nécessaire de tester la fiabilité de ces composants lors des état de fort stress (OFF et commutation OFF -> ON) ainsi que de comprendre les mécanismes de dégradation sous-jacent afin de stabiliser la technologie et de prétendre à un transfert industriel. Dans la continuité du stage sur le développement des mesures dynamiques sur dispositifs GaN sur Si, le candidat aura en charge : - La finalisation des solutions de mesures ainsi que leurs évolutions notamment pour porter ces tests de dégradation sur prober (détermination de la faisabilité et des limitations) - De l'étude approfondie de la dégradation des performances électriques des transistors (Ron, Vth, Sw?) ou des diodes (Vf, Ron) lors de stress de type AC ou DC afin de déterminer les mécanismes susceptibles de diminuer la fiabilité des composants - La réalisation et la détermination des limites de fonctionnement de la technologie GaN sur Si via des tests de type SSOA (Switching Safe Operating Area) - La compréhension et la localisation des points de défaillance sur les transistors et la diodes GaN sur Si - De proposer des solutions techniques afin d'augmenter la durée de vie des composants auprès du laboratoire LC2E Le candidat devra faire preuve d'esprit d'équipe, de curiosité et d'une grande autonomie

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Optimisation de l'interface diélectrique/GaN pour la grille MIS des transistors de puissance

Département Composants Silicium (LETI)

Laboratoire Composants Electroniques pour l'Energie

Master Microélectronique ou Science des Matériaux

01-09-2020

SL-DRT-20-0432

laura.vauche@cea.fr

Matériaux et procédés émergents pour les nanotechnologies et la microélectronique (.pdf)

Sur le marché de l'électronique de puissance, un des challenges principaux pour le déploiement des technologies à base de GaN est le développement de composants normally-OFF fiables. Dans le cas de transistors GaN avec une grille MIS, les propriétés de l'interface diélectrique/GaN sont cruciales. L'objectif de cette thèse est d'optimiser l'interface diélectrique/GaN pour la grille MIS des transistors de puissance. Pour cela : 1. La qualité de l'interface diélectrique/GaN sera contrôlée par XPS (X-ray Photoelectron Spectroscopy). Cette technique permet d'étudier le degré d'oxydation de la surface du GaN. Des analyses complémentaires par ToF-SIMS (Time of Flight Secondary Ion Mass Spectrometry) et HRTEM (High Resolution Transmission Electron Microscopy) seront effectuées pour obtenir des informations concernant la composition chimique et la structure cristalline des matériaux. 2. La qualité des composants à base de GaN sera en parallèle étudiée grâce à la caractérisation des propriétés électriques de capacitances et transistors (mobilité, résistance à l'état passant et sous le canal, tension de seuil, hystérésis), ainsi que des mesures électriques fines (extraction états d'interface Dit, fiabilité) 3. La corrélation des résultats matériaux et électriques permettra de déterminer, de manière comparative, si l'interface oxyde/GaN est de bonne qualité afin de choisir les procédés de fabrication les plus adaptés. Pour ce faire, l'impact des différentes étapes de fabrication (nettoyage chimique, gravure, stripping, traitements plasma et recuits) sera évalué.

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Développement d'un dispositif médical pour la détection simultanée haute sensibilité de biomarqueurs sanguins pour la prise en charge terrain des patients en souffrance cardiaque

Département Microtechnologies pour la Biologie et la Santé (LETI)

Laboratoire Biologie et Architecture Microfluidiques

Ecole d'ingénieur ou master en ingénierie biomédicale

01-09-2020

SL-DRT-20-0451

myriam.cubizolles@cea.fr

Technologies pour la santé et l?environnement, dispositifs médicaux (.pdf)

Les systèmes de santé doivent s'adapter à de nouvelles contraintes sociétales et économiques, et elles s'avèrent un défi majeur à relever dans le cadre de la médecine du futur. Dans les situations d'urgence où la prise de décision du praticien doit être rapide et efficace, les dispositifs d'analyses in vitro au chevet du patient (POC) fournissent une aide précieuse au diagnostic pour améliorer le soin des patients. Le sujet de thèse proposé s'inscrit dans ce contexte, afin d'explorer une nouvelle voie de dosage de biomarqueurs sanguins (protéines, petites molécules), alternative au « gold standard » que sont les immuno-essais de type ELISA, utilisant une immuno-détection couplée à une amplification enzymatique. Nous proposons d'étudier une approche innovante afin de mettre au point un dispositif médical pour la détection très sensible de différents biomarqueurs sanguins représentatifs de pathologies cardiaques. Cette démarche est basée sur l'utilisation de réactifs originaux (aptamères) permettant une amplification biomoléculaire isotherme multiplexée, rapide et haute sensibilité, couplée à l'intégration et l'automatisation du protocole dans des cartouches microfluidiques dédiées. Le dispositif médical développé sera testé sur des échantillons cliniques.

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Evolutions microstructurales de matériaux issus de fabrication additive lors d'un traitement de compression isostatique à chaud : modélisation et étude expérimentale

Département Thermique Biomasse et Hydrogène (LITEN)

Laboratoire Conception et Assemblages

Master 2 métallurgie. Calcul scientifique

01-10-2020

SL-DRT-20-0470

emmanuel.rigal@cea.fr

Fabrication additive, nouvelles voies d?économie de matériaux (.pdf)

Les procédés de fabrication additive sont considérés comme des techniques d'avenir pour l'obtention de composants métalliques à partir de poudres ou fils. Les matériaux obtenus sont caractérisés par des microstructures très différentes de celles de leurs homologues coulés ou forgés. Elles sont hors d'équilibre, parfois anisotropes, présentent des intérêts (forte densité de dislocations par exemple) mais aussi des défauts (pores, infondus) nuisibles à certaines propriétés mécaniques (fatigue, fluage). Les défauts (ou leur nocivité) peuvent être diminués par un traitement thermique sous pression de gaz (CIC), au prix d'un effet de recuit qui adoucit le matériau. L'objectif de la thèse est de modéliser les évolutions microstructurales lors du traitement afin d'optimiser celui-ci, c'est-à-dire être capable de l'adapter à une microstructure de départ donnée, de diminuer suffisamment les défauts en contenant le recuit. Une caractérisation fine des microstructures sera nécessaire (défauts, taille de grain, densité de dislocations, précipités, texture?) afin d'alimenter le logiciel de simulation DIGIMU qui utilise la méthode Level set pour simuler, par calcul aux éléments finis, l'évolution d'un volume élémentaire représentatif d'une microstructure lors d'un chargement thermomécanique. Le logiciel devra être enrichi. La comparaison modèle/expérience permettra de juger la pertinence des résultats (cycles de CIC sur échantillon). On mesurera l'impact de cycles de CIC optimisés sur les propriétés mécaniques des matériaux d'étude (a priori, essentiellement l'acier 316L).

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Transmetteur intégré bidirectionnel dédié à la 5G MMW dans un système de formation de faisceau hybride et numérique

Département Architectures Conception et Logiciels Embarqués (LIST-LETI)

Laboratoire Architectures Intégrées Radiofréquences

Master 2 / ingénieur en conceptinon microelectronique RF

01-10-2020

SL-DRT-20-0478

baudouin.martineau@cea.fr

Réseaux de communication, internet des objets, radiofréquences et antennes (.pdf)

Cette thèse aborde le sujet des émetteurs-récepteurs d'ondes millimétriques compacts et économiques dans le contexte de la nouvelle norme 5G FR2. En effet, un nombre considérable de puces et une conception économe en surface seront nécessaires pour l'utilisation des techniques de formation de faisceau MIMO hybride et numérique. Cependant, les conceptions d'émetteur-récepteur conventionnelles utilisent une approche bidirectionnelle basée sur un commutateur avec un émetteur (Tx) et un récepteur (Rx) fonctionnant alternativement en duplex temporel. Pour cette raison, un émetteur-récepteur bidirectionnel partageant complètement les amplificateurs et les réseaux correspondants entre l'émetteur et le récepteur est proposé. De plus, un déphaseur bidirectionnel, un mélangeur en quadrature et un amplificateur en bande de base seront étudiés et conçus afin d'offrir une solution complète pour une architecture système compatible avec une approche hybride ou numérique. La thèse portera sur l'architecture, la conception et la mesure de tels blocs en émetteur-récepteur autonome et complet. L'innovation attendue englobera plusieurs aspects: interface frontale bidirectionnelle compatible avec la formation de faisceau aux fréquences mmW, multiplication LO et génération en quadrature locale ainsi que l'utilisation de technologies CMOS SOI. Cette recherche doctorale permettra de travailler dans des disciplines interdisciplinaires allant des ondes millimétriques à la conception analogique en bande de base ainsi qu'à l'architecture de systèmes émetteur-récepteur, offrant un très large éventail d'expériences et de compétences.

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Etude d'Architectures de Composants Verticaux en GaN

Département Composants Silicium (LETI)

Laboratoire Composants Electroniques pour l'Energie

Master 2 ou Ingénieur avec connaissances en physique des composants

01-10-2020

SL-DRT-20-0481

julien.buckley@cea.fr

Matériaux et procédés émergents pour les nanotechnologies et la microélectronique (.pdf)

Le LETI transfère actuellement une technologie de dispositifs de puissance AlGaN/GaN épitaxiés sur substrats Silicium 200mm avec un industriel reconnu dans le domaine du développement des composants de puissance (Silicium, SiC, ?). Les technologies de transistors en GaN actuellement disponibles sur le marché ont une architecture latérale. Elles permettent de réaliser des circuits de conversion électrique jusqu'à environ quelques 10 kilowatt. Le passage à une architecture verticale permettra d'adresser des niveaux de puissance plus élevés au-delà du megawatt. Le travail de thèse consistera à mener une étude évaluant les performances et les propriétés physiques à la base du fonctionnement des composants verticaux réalisés sur substrats GaN. Les actions comprendront également le pilotage de la fabrication (épitaxie, dépôt, lithographie, implantation) et des mesures électriques. Des simulations par éléments finis (TCAD avec outils Synopsys) seront réalisées pour dimensionner les structures à inclure dans un réticule et par la suite tester des hypothèses physiques pour interpréter les résultats électriques.

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Nanocomposites Al/n-SiC obtenus par le procédé de fabrication additive de fusion laser sur lit de poudre.

Département des Technologies des NanoMatériaux (LITEN)

Laboratoire de Formulation des Matériaux

Master 2 Sciences des matériaux

01-11-2020

SL-DRT-20-0483

mathieu.soulier@cea.fr

Matériaux et procédés émergents pour les nanotechnologies et la microélectronique (.pdf)

Le matériau composite constitué d'une matrice métallique d'aluminium associé à des renforts de carbure de silicium a trouvé des débouchés dans de nombreuses applications industrielles, allant de l'automobile et l'armement à l'aérospatial, en autorisant l'allègement des pièces grâce à un rapport module de Young/densité largement supérieurs à celui des aciers ou des alliages de titane. Le sujet vise à développer ce matériau avec des renforts SiC nanométriques pour améliorer la raideur du matériau sans modifier l'allongement à la rupture avec une mise en forme par fabrication additive, suivant le procédé de fusion laser sur lit de poudre. La complexification de la forme des pièces autorisées par la fabrication additive couplée aux propriétés mécaniques avancées du nano composite doivent permettre un allègement plus poussé des pièces, ce qui s'inscrit dans les enjeux stratégiques d'économie de matière et d'impact environnemental. Le premier objectif de la thèse sera de développer des mélanges de poudres nano composites stables et homogènes en évaluant deux voies différentes: mélangeur à pales pour revêtir les particules d'aluminium de renforts, ou le broyage pour insérer les renforts dans les particules d'aluminium. Dans le cas des particules revêtues, l'enjeu est d'identifier les conditions procédé permettant une répartition homogène des renforts dans la matrice solidifiée. Le second objectif de la thèse sera de tester le potentiel de renforts de carbures de silicium synthétisés à façon. L'idée est d'utiliser pour ce faire le procédé de pyrolyse laser qui permet une modification de la chimie de surface des renforts pour améliorer leur mouillabilité et limiter leur réactivité dans le bain fondu d'aluminium.

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Actionneur MEMS piézoélectrique amplifié hydrauliquement

Département Composants Silicium (LETI)

Labo Composants Micro-actuateurs

Conception mécanique, mécanique des fluides, modélisation, physique, microsystème. Des connaissances en logiciel d'éléments finis (COMSOL, ANSYS ou autre) sont un plus.

01-09-2020

SL-DRT-20-0488

laurent.mollard@cea.fr

Systèmes cyberphysiques - capteurs et actionneurs (.pdf)

Le principal objectif de la recherche sur les micro-actionneurs consiste à développer une architecture permettant l'obtention de grands déplacements et grandes forces, sur une large plage fréquentielle tout en minimisant la consommation électrique. A ce jour, aucune solution ne remplit tous ces critères. En effet les actionneurs hydrauliques ne répondent pas au critère de compacité et de fonctionnement en fréquence mais permettent des forces et des déplacements importants. De même, les actionneurs électromagnétiques répondent à une large gamme fréquentielle avec une force et un déplacement important, mais au prix d'un fort encombrement et d'une consommation importante. Enfin les actionneurs piézo-électriques présentent des déplacements limités, de l'ordre de la dizaine de micromètres, malgré l'atteinte des autres critères. La rupture technologique de la thèse consistera à amplifier hydrauliquement ces déplacements limités, en appliquant de faibles déplacements sur une grande surface, pour déplacer un liquide, et générer, par conservation du volume, des déplacements importants sur une surface mobile plus faible. Le sujet de la thèse consistera donc à développer et à intégrer dans un système MEMS (Micro Electro-Mechanical System), cette brique d'actionneur piézoélectrique amplifiée hydrauliquement (dit système HDAM pour « Hydraulic Displacement Amplification Mechanism ») et à l'optimiser.

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Recristallisation en phase solide assistée par recuit laser nanoseconde

Département des Plateformes Technologiques (LETI)

Laboratoire

Master 2 / Ingénieur

01-09-2020

SL-DRT-20-0514

Pablo.ACOSTAALBA@cea.fr

Matériaux et procédés émergents pour les nanotechnologies et la microélectronique (.pdf)

Dans les dernières années des progrès importants ont été faits en ce qui concerne la réduction de budget thermique nécessaire pour la fabrication de composants de la microélectronique. Par ailleurs, le recuit laser nanoseconde représente aujourd'hui une alternative très prometteuse pour l'intégration des dispositifs microélectroniques dont le budget thermique doit être limité. Le CEA LETI, s 'est engagé dès 2017 dans un programme ambitieux sur le traitement thermique avancé pour la microélectronique. Dans ce contexte, un équipement de recuit laser nanoseconde a été installé dans la salle blanche du LETI. Ce procédé novateur permet d'atteindre de très hautes températures pendant de temps extrêmement courts (quelques dizaines de ns) ce qui implique que le budget thermique appliqué aux structures irradiées est très faible. Il a récemment été démontré que l'on peut utiliser le recuit laser nanoseconde afin d'obtenir la recristallisation en phase solide des couches de silicium partiellement amorphisées. Ce procédé peut être utilisé pour optimiser différentes étapes des procédés de fabrication come par exemple l'activation des dopant dans la source et drain des transistors. Il est donc fondamental de comprendre les mécanismes physiques et d'explorer l'impact des différents paramètres sur la cinétique de recristallisation afin de maitriser ce procédé dans des matériaux de base comme le Si et le SiGe. Cette thèse vise à évaluer l'apport du recuit laser nanoseconde sur les propriétés structurales et électriques de différents empilements semi-conducteurs.

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Imagerie sans lentille et intelligence artificielle pour un diagnostic rapide des infections

Département Microtechnologies pour la Biologie et la Santé (LETI)

Laboratoire Systèmes d'Imagerie pour le Vivant

Master 2 biologie, data intelligence

01-10-2020

SL-DRT-20-0518

caroline.paulus@cea.fr

Data intelligence dont Intelligence Artificielle (.pdf)

L'objectif de la thèse est de développer une technologie portable d'identification des pathogènes. En effet, dans un contexte d'extension des déserts médicaux et de recrudescence des infections antibiorésistantes, il est urgent de développer des techniques innovantes pour le diagnostic rapide des infections en milieu isolé. Parmi les techniques optiques d'identification des pathogènes, les méthodes d'imagerie sans lentille occupent une place particulière car elles sont les seules à l'heure actuelle à pouvoir proposer une caractérisation simultanée d'un grand nombre de colonies, le tout avec une technologie bas coût, portable et peu énergivore. L'objectif de la thèse est d'explorer les potentialités de l'imagerie sans lentille associée à des algorithmes d'intelligence artificielle pour identifier rapidement les colonies bactériennes présentes dans un liquide biologique. La thèse visera à optimiser le dimensionnement du système imageur (sources, capteurs) et à étudier des algorithmes de traitement d'images et d'apprentissage machine nécessaires pour l'identification des colonies. Deux cas d'applications cliniques seront étudiés.

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Amélioration des performances d'imageur gamma CdZnTe par apprentissage de modèle

Département d'Optronique (LETI)

Laboratoire Architecture Systèmes Photoniques

Master 2 / ingénieur physique

01-11-2020

SL-DRT-20-0522

gmontemont@cea.fr

Photonique, imageurs et écrans (.pdf)

L'imagerie gamma est une technique qui est appliquée à l'imagerie médicale (imagerie moléculaire, médecine nucléaire) ou à la sécurité (transport, industrie). Les détecteurs semi-conducteurs CdZnTe sont de plus en plus utilisés dans les récentes machines tomoscintigraphiques (gamma-caméras) ou des petits imageurs portables pour leur gain en vitesse, sensibilité et qualité d'image. Ces détecteurs fonctionnent à température ambiante et sont sensibles aux 5 paramètres physiques de l'interaction : énergie déposée E, instant d'interaction T et position XYZ. L'estimation de ces grandeurs se fait à partir des différents signaux électroniques mesurés. Le lien entre signaux électriques et grandeurs physiques est toutefois mal connu du fait de la variabilité physique des propriétés du matériau. Le but de cette thèse est de lever ces limitations grâce à apprentissage in-situ de la réponse réelle du détecteur qui permettra une modélisation précise. En effet, les techniques récentes d'apprentissage sur des modèles multicouches profonds peuvent s'adapter à des cas particulièrement complexes avec une grande flexibilité. Ainsi, il est possible de pallier notre connaissance imparfaite de la physique du détecteur. L'identification des paramètres physiques propres aux détecteurs peut ainsi permettre une estimation optimisée du lieu, de l'instant et de l'énergie déposée lors de l'interaction du photon. Ainsi, il sera possible d'améliorer la qualité des images, et donc la capacité globale de la machine à détecter des objets petits ou faiblement émissifs, pour un meilleur diagnostic ou une meilleure discrimination des faux positifs. L'étudiant(e) devra avoir une formation en mathématiques appliquée (machine learning) et/ou en physique de la mesure et montrer un goût prononcé pour la recherche pluridisciplinaire, entre la physique expérimentale et le traitement mathématique de données.

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Systèmes électroniques d'adaptation en fréquence pour la récupération d'énergie vibratoire large bande

Département Systèmes (LETI)

Laboratoire Autonomie et Intégration des Capteurs

Electronique et Systèmes embarqués

01-09-2020

SL-DRT-20-0530

pierre.gasnier@cea.fr

Systèmes cyberphysiques - capteurs et actionneurs (.pdf)

La récupération d'énergie est une thématique dont le but est l'alimentation de n?uds de capteurs sans fil communicants en remplaçant la source d'énergie électrique (pile, câbles) par l'exploitation de l'énergie ambiante. La récupération d'énergie vibratoire notamment, permet d'exploiter l'énergie mécanique d'un environnement et de la convertir en électricité afin d'alimenter un capteur sans fil. La thèse portera sur l'exploitation de matériaux piézoélectriques sur des structures résonantes pour convertir l'énergie vibratoire en électricité. L'exploitation de résonateurs mécaniques permet d'amplifier les vibrations ambiantes, mais la puissance récupérée chute fortement lorsque le spectre des vibrations d'entrée ne coïncide plus avec la fréquence de résonance du récupérateur. Pour l'adoption de ce type de système par l'industrie, un des verrous majeurs est donc cette sélectivité fréquentielle. Le CEA et l'Université Savoie Mont-Blanc (Laboratoire SYMME) ont récemment proposé des techniques performantes pour lever ce verrou en exploitant des récupérateurs pouvant être accordés dynamiquement par un système électronique. En effet, couplé à une électronique intelligente, un récupérateur dit « fortement couplé » voit son comportement mécanique modifié (sa fréquence de résonance notamment), permettant de suivre l'évolution de la fréquence d'entrée. L'objectif de la thèse est de proposer, dimensionner, simuler, réaliser et tester des architectures électroniques innovantes (sur la base de composants discrets et/ou microcontrôleurs) permettant de réaliser l'ajustement (ou « tuning ») automatique et la recherche du point de puissance maximum de récupérateurs d'énergie vibratoire piézoélectriques. Un soin particulier sera apporté à la faible consommation et l'encombrement du circuit proposé puisque le but, à terme, est de réaliser un circuit autonome en énergie consommant une partie négligeable de l'énergie électrique récupérée. En fin de thèse, la ou les architectures sélectionnées seront alors proposées au département de conception de circuits intégrés du CEA-Leti en vue d'une miniaturisation. Un démonstrateur complet (récupérateur, micro-convertisseur et circuit d'ajustement) est ciblé pour la fin de la thèse.

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Ecoconception de nouvelles générations de batteries

Département des Technologies des NanoMatériaux (LITEN)

Laboratoire des Eco-procédés et EnVironnement

Bac+ 5 en génie des matériaux ou génie énergétique avec compétences en management environnemental ou développement durable et une ou plusieurs expérience(s) dans le domaine de la recherche.

01-10-2020

SL-DRT-20-0535

elise.monnier@cea.fr

Stockage électrochimique d?énergie dont les batteries pour la transition énergétique (.pdf)

Le développement de l'électrification des véhicules nécessite des technologies d'accumulateurs toujours moins chères et plus performantes. Face à cette demande, de nombreuses voies de développement sont à l'étude, telles que de nouvelles générations Li-ion à teneur réduite en cobalt ou à haute densité d'énergie, des accumulateurs tout-solide ou Li-Soufre sans être exhaustif. En dehors du volet performance pur, il existe un réel besoin d'évaluer l'impact environnemental de ces technologies sur l'ensemble de leur cycle de vie (ACV), et de s'intéresser aux pistes d'écoconception pour le développement des batteries du futur. La thèse proposée visera à répondre à ces problématiques, en s'appuyant sur une approche pluridisciplinaire mêlant les compétences d'au moins 3 laboratoires du LITEN. A l'issu de la thèse, les résultats attendus seront : une comparaison des 3 technologies de batteries nouvelles générations Li-ion avancé, Li-S et Tout-Solide sur un volet environnemental, par rapport à des technologies de batteries de référence ainsi qu'une méthode d'écoconception pour orienter l'aide à la décision dans les développements de technologies de batteries bas TRL.

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Sémantique formelle d'une infrastructure de compilation matériel

Département Architectures Conception et Logiciels Embarqués (LIST-LETI)

Laboratoire composants logiciels pour la Sûreté et la Sécurité des Systèmes

Bac+5 engineer ou Master degree in computer science or formal methods

01-10-2020

SL-DRT-20-0540

Mihail.Asavoae@cea.fr

Data intelligence dont Intelligence Artificielle (.pdf)

Le développement du jeu d'instruction RISC-V est supporté par la conception et l'utilisation de nouvelles méthodes et outils dédiés à l'augmentation du niveau de productivité de la conception d'architectures matérielles (i.e. langage de plus haut niveau pour la conception matériel et chaîne de compilation spécialisée). Au niveau langage, les langages de description matériel tels que Chisel et FIRRTL ont pour but d'augmenter le niveau d'abstraction utilisé dans la conception d'architectures matérielles. Il devient donc intéressant et nécessaire de raisonner formellement sur les propriétés fonctionnelles et temporelles de ces conceptions matérielles exprimées à plus au haut niveau et de s'appuyer sur des extensions appropriées de l'infrastructure de compilation matériel pour transférer ces propriétés de haut niveau vers, par exemple, le code Verilog généré. Dans cette proposition de thèse, nous visons la définition d'un environnement de vérification des architectures matérielles permettant de spécifier et vérifier des propriétés de sécurité mais aussi de sûreté temporel. Les deux contributions attendues de ce thèse sont : 1) la conception et l'implémentation d'une infrastructure de vérification basée sur une sémantique formelle exécutable des langages Chisel et FIRRTL et 2) la conception et l'implémentation d'un langage d'assertion pour exprimer des propriétés de sécurité et de sûreté temporel qui seront ensuite vérifiées sur l'infrastructure formelle développée précédemment. Les contributions scientifiques de cette thèse seront évaluées sur une sélection d'architectures matérielles issues du riche eco-système RISC-V.

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Structures poreuses de nanodiamants hydrogénés pour la transformation du CO2 en produits valorisables

Département Métrologie Instrumentation et Information (LIST)

Laboratoire Capteurs Diamants

Sciences des matériaux, Nanomatériaux, Interactions rayonnement matière

01-10-2020

SL-DRT-20-0571

Energie verte et/ou décarbonnée dont bioprocédés et valorisation des déchets (.pdf)

Pour la valorisation du CO2, le matériau diamant hydrogéné est depuis quelques années au c?ur d'une intense activité de recherche, notamment depuis qu'il a été identifié comme une source d'électrons solvatés pour la photocatalyse. Cet engouement pour le diamant hydrogéné vient de deux propriétés intimement liées : (1) la présence de dipôles C-H favorisant l'émission d'électrons vers l'interface avec le milieu environnant et (2) sa structure énergétique particulière, dont la bande de conduction située à très haut niveau en énergie (au-dessus du niveau du vide) lui permet d'émettre des photoélectrons suffisamment énergétiques pour initier la réduction à 1 électron du CO2 ou former des électrons solvatés et d'autres réducteurs très puissants. Les nanoparticules de diamant hydrogénées présentent une structure énergétique similaire au matériau massif comme le LCD l'a montré il y a quelques années. L'objectif de la thèse repose sur une approche de mise en forme innovante des nanoparticules de diamant pour permettre une utilisation ajustable et efficace pour la réduction du CO2. Il s'agira donc (i) de développer des matériaux poreux de nanoparticules de diamant en favorisant des procédés industrialisables et (ii) d'en étudier le potentiel pour la réduction du CO2, tout en menant en parallèle une étude plus fondamentale sur les mécanismes impliqués dans la production d'espèces réductrices sous illumination. Concernant le premier axe de la thèse, plusieurs verrous technologiques sont à lever. Le premier verrou concerne l'élaboration de matrices nanocomposites poreuses à partir de ces particules de diamant hydrogénées, afin de pouvoir les utiliser en photo(électro)catalyse. Nous utiliserons ici un procédé original (HIMALAYAN) développé par le LEDNA, qui permet la combinaison de jets de nanoparticules sous vide avec la pulvérisation magnétron classique. Il permet de produire des couches poreuses de nanoparticules enrobées dans une matrice d'un matériau différent (nous envisageons aujourd'hui de la silice ou du carbone amorphe), jusqu'à des porosités extrêmement élevées. Ces composites peuvent éventuellement être co-dopés avec des particules métalliques pour améliorer les propriétés d'absorption optique du système. Une preuve de concept est en cours de réalisation dans le cadre du projet Bottom-Up CORAIL, qui servira de base aux travaux de thèse. Le second verrou réside dans le dopage au bore des particules de diamant (taille 10 à 200 nm), afin de les rendre électrochimiquement actives et ainsi de pouvoir les polariser pour améliorer leur rendement catalytique. Différentes voies sont envisagées, du « simple » broyage de films de diamant dopé au bore (particules commerciales produites à la demande) à une approche plus innovante et adaptable à une grande échelle de production. Celle-ci repose sur la synthèse de particules c?ur-coquille de diamant dopé au bore, selon un procédé breveté par le LCD et développé avec un industriel dans un projet ANR PRCE qui démarrera en avril 2020. Le deuxième axe de la thèse vise à l'évaluation de ces couches nanocomposites poreuses diamant pour la réduction photo(électro)catalytique du CO2. Un montage photo(électro)chimique dédié sera développé au LCD, qui associera une source lumineuse et la possibilité de travailler sous pression de CO2. Sur un aspect plus fondamental, nous souhaitons explorer la structure et les propriétés des particules de diamant dopées bore et hydrogénées en utilisant certaines lignes du Synchrotron SOLEIL de manière à établir les relations avec les propriétés photocatalytiques de ces particules et à pouvoir améliorer les performances des systèmes. Des études en XPS sur des particules isolées seront menées sur la ligne PLEIADES pour en extraire la structure de l'extrême surface à l'échelle atomique et la localisation des hétéroatomes. Des études de photo-ionisation et de photo-fragmentation en fonction de la longueur d'onde du rayonnement incident seront menées sur la ligne DESIRS.

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Attaque side channel contre la confidentialité des modèles de machine learning embarqués : attaques, protection, évaluation

Département Systèmes (LETI)

Laboratoire Sécurité des Objets et des Systèmes Physiques

Machine Learning, microélectronique, systèmes embarqués

01-09-2020

SL-DRT-20-0584

pierre-alain.moellic@cea.fr

Cybersécurité : hardware et software (.pdf)

Une des tendances majeures de l'Intelligence Artificielle aujourd'hui est le déploiement massif des systèmes de Machine Learning sur une multitude de plateformes embarquées. La majorité des fabricants de semi-conducteurs proposent des produits « compatibles A.I. », principalement pour des réseaux de neurones pour de l'inférence. La sécurité est un des grands freins au déploiement de ces systèmes. De nombreux travaux soulèvent des menaces aux impacts désastreux pour leur développement, comme les « adversarial examples » ou le « membership inference ». Ces travaux considèrent les algorithmes de ML selon un point de vue purement algorithmique sans prendre en considérations les particularités de leur implémentation matérielle. De plus, des études plus poussées sont indispensables sur les attaques physiques (side-channel et injection de fautes). En considérant une surface d'attaque regroupant les aspects algorithmiques et matériels, la thèse propose d'analyser des menaces de type Side-Channel Analysis (SCA) ciblant la confidentialité des données d'apprentissage et des modèles (reverse engineering) des systèmes EML et le développement de protections efficaces. Quelques travaux s'intéressent aux attaques physiques contre des réseaux de neurones embarqués mais avec des architectures très simples sur des microcontrôleurs 8-bit, ou FPGA ou en pure simulation. Ces travaux ne proposent pas encore des liens entre les modèles de fautes ou les fuites mises en évidence et les failles algorithmiques. En se basant sur l'expérience d'autres systèmes critiques (e.g., module cryptographique), la philosophie de la thèse sera de considérer conjointement le monde algorithmique et le monde physique pour mieux appréhender la complexité des menaces et développer des protections appropriées. La thèse s'intéressera aux questions scientifiques suivantes : (1) Caractérisation et exploitation des fuites side-channel : comment exploiter les fuites de type side-channel (consommation et/ou rayonnement EM) pour retrouver des informations sensibles sur les données d'apprentissage ou des informations sur l'architecture des modèles. (2) Evaluation des mécanismes de protections classiques : quel est la pertinence et l'efficacité des schémas de défenses classiques de type masking / hiding pour ce type de systèmes et de menaces ? (3) Développement de nouvelles protections appropriées aux réseaux de neurones embarqués.

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Sources de temps optomécaniques

Département Composants Silicium (LETI)

Laboratoire Composants Micro-Capteurs

Master 2/ Ecole d'ingénieur généraliste ou physique appliquée ; formation en nanotechnologies, physique des semi-conducteurs, optique ou télécommunications.

01-09-2020

SL-DRT-20-0592

marc.sansaperna@cea.fr

Réseaux de communication, internet des objets, radiofréquences et antennes (.pdf)

Les sources de temps (reference oscillators) sont des composants utilisés dans la grande majorité des circuits électroniques. L'arrivée de nouvelles technologies comme la 5G, les systèmes de conduite autonome dans les voitures ou bien certaines applications aérospatiales nécessitent des performances qui ne sont pas atteignables avec les technologies commercialement disponibles. Le développement de sources de temps constituées de résonateurs micromécaniques (MEMS) en silicium à haute fréquence (1 ? 5 GHz aujourd'hui, plusieurs dizaines de GHz dans le futur) constitue une rupture technologique prometteuse. Cependant, la réalisation de tels dispositifs performants dans la gamme du GHz reste un défi, principalement dû à la difficulté de détecter avec précision des vibrations extrêmement faibles. Il s'agit donc d'utiliser ici une transduction optomécanique sur le même principe que les détecteurs d'ondes gravitationnelles, mais intégrée à l'échelle nanométrique ayant des sensibilités de détection extrêmes. Cette technique maintenant bien maîtrisée au Leti pourra être alliée à l'utilisation de matériaux piezoélectriques pour augmenter le signal disponible : des preuves de principe de ce concept ont été réalisées très récemment pour la recherche fondamentale mais il n'a jamais été appliquée jusqu'ici. Cette technologie semble pourtant le candidat idéal pour réaliser l'objectif de la thèse : l'implémentation d'une source de temps MEMS basée sur cette technologie optomécanique de rupture. La thèse se déroulera au laboratoire de micro-capteurs du CEA-Leti, en collaboration avec le laboratoire de composants radiofréquences. Le Leti est un pionnier dans le domaine de l'optomécanique et des matériaux piezoélectriques intégrés sur puce. Le doctorant travaillera en collaboration avec les équipes du Leti pour concevoir et dessiner le résonateur et son procédé de fabrication, sur la base de modèles analytiques et de simulations éléments finis. Ensuite, elle/il aura la possibilité de fabriquer ses dispositifs en salle blanche, et de les tester dans les laboratoires du Leti, afin de réaliser pour la première fois un tel démonstrateur.

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Modèles sûreté/sécurité pour la charactérisation de la sécurité de dispositifs industriels

Département Systèmes (LETI)

Laboratoire Sécurité des Objets et des Systèmes Physiques

Master 2 Cybersecurié

01-10-2020

SL-DRT-20-0594

Cybersécurité : hardware et software (.pdf)

Les systèmes industriels sont souvent utilisés pour surveiller et contrôler un processus physique tel que la production et la distribution d'énergie, le nettoyage de l'eau ou les systèmes de transport. Ils sont souvent simplement appelés systèmes de contrôle de supervision et d'acquisition de données (SCADA). En raison de leur interaction avec le monde réel, la sécurité de ces systèmes est critique et tout incident peut potentiellement nuire aux humains et à l'environnement. Depuis le ver Stuxnet en 2010, ces systèmes font de plus en plus face à des cyberattaques causées par divers intrus, y compris des terroristes ou des gouvernements ennemis[1]. Comme la fréquence de ces attaques augmente, la sécurité des systèmes SCADA devient une priorité pour les organismes gouvernementaux[2]. L'un des principaux axes de recherche en cybersécurité des systèmes industriels porte sur la combinaison des propriétés de sécurité et de sûreté. La sécurité concerne les propriétés applicatives du système (par exemple, les propriétés chimiques d'une usine chimique), tandis que les propriétés de sécurité tiennent compte de la façon dont un intrus peut endommager le système. Comme le montre[3], la combinaison de la sécurité et de la sûreté est un sujet difficile car ces propriétés peuvent être dépendantes, renforçantes, antagonistes ou indépendantes. Comme le montre[4], la combinaison de la sécurité et de la sûreté dans une modélisation commune est un défi, car les deux viennent avec des sources d'explosion combinatoire. De plus, il existe des outils utilisés soit pour les analyses de sécurité, soit pour les analyses de sûreté, mais actuellement aucun outil n'est capable de traiter les deux aspects en même temps. Dans ce contexte, nous proposons une thèse de doctorat autour de la modélisation de systèmes industriels prenant en compte à la fois les propriétés de sécurité du procédé physique et les propriétés de sécurité. En plus de la définition d'un cadre ou d'un langage de modélisation précis, mais analysable automatiquement, de nombreux aspects peuvent faire partie du sujet. Par exemple, des fichiers de configuration d'automates programmables (API) pourraient être générés à partir de ce modèle afin de ne déployer que des programmes préalablement validés. Les vulnérabilités des automates peuvent être étudiées (reverse engineering de firmware, fuzzing de protocole) afin de tester la faisabilité technique des attaques trouvées. Enfin, dans un contexte de certification, les analyses de sécurité sur le modèle pourraient inclure des exigences de normes telles que CEI 62443[5] pour faciliter le processus d'évaluation.

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Sécurisation de la cryptographie sur courbes elliptiques contre les attaques par Templates et Horizontales

Département Systèmes (LETI)

Laboratoire Sécurité des Objets et des Systèmes Physiques

Master II en Cryptographie ou Data science ou Ecole d'Ingénieur

01-09-2020

SL-DRT-20-0600

antoine.loiseau@cea.fr

Cybersécurité : hardware et software (.pdf)

Cette étude prend place dans le domaine de la sécurisation des systèmes embarqués et tout particulièrement celui de la cryptographie asymétrique face aux attaques par canaux auxiliaires horizontales et à base de Templates. Des études récentes, appliquées à la cryptographie symétrique, ont permis de construire de nouvelles techniques d'attaques par canaux auxiliaires. En améliorant l'efficacité des attaques par Templates, ces nouvelles attaques permettent de passer outre des contremesures de masquage. Il semble opportun d'étudier en profondeur ces nouveaux outils dans le cadre d'attaques par Templates et horizontales contre de cryptographie asymétrique, notamment pour les courbes elliptiques. L'utilisation du machine learning dans le cadre des attaques par canaux auxiliaires. Le but principal de la thèse est d'évaluer les propriétés de sécurités des ECC face aux attaques par Templates et Horizontales les plus évoluée qui font appels au machine learning. En fonction des résultats obtenus de nouvelles contremesures devront être construites afin de pailler à d'éventuelles nouvelles faiblesses.

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Optimization of the Ni-YSZ Fuel Electrode for a Better Stability of Solid Oxide Cell

Département Thermique Biomasse et Hydrogène (LITEN)

Laboratoire Production d'Hydrogène

Master 2 en matériaux et/ou électrochimie. Des compétences en modélisation seront appréciées.

01-10-2020

SL-DRT-20-0602

karine.couturier@cea.fr

Solutions avancées pour l?hydrogène et les piles à combustible pour la transition énergétique (.pdf)

Les cellules à oxydes solides (?SOCs' pour ?Solid Oxide Cells') sont des convertisseurs électrochimiques fonctionnant à hautes températures qui peuvent transformer un gaz en électricité en mode pile à combustibles (SOFC) ou inversement en électrolyse (SOEC). Ces systèmes ont récemment attiré une attention croissante grâce à une grande flexibilité d'utilisation et des rendements énergétiques très importants. Ces avantages permettent d'envisager diverses applications technologiques qui pourraient offrir des solutions innovantes pour une transition vers un marché de l'énergie renouvelable. Néanmoins, la durabilité des cellules à oxydes solides reste à ce jour insuffisante pour envisager un déploiement industriel à grande échelle. Parmi les différents phénomènes de dégradation, l'évolution microstructurale de l'électrode à hydrogène, classiquement composée d'un cermet de Nickel et de Zircone Stabilisée à l'Yttrium (Ni-YSZ), est reconnue comme étant un mécanisme majeur contribuant au vieillissement de la cellule. La thèse s'inscrit dans cette problématique et vise à étudier les mécanismes de dégradation du cermet Ni-YSZ. Pour atteindre cet objectif, une approche intégrée couplant (i) tests électrochimiques, (ii) modélisation et (iii) caractérisations microstructurales avancées sera mise en ?uvre. Une fois le mécanisme précisément compris, des solutions seront proposées en termes d'optimisation des microstructures et des matériaux.

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Transmission de puissance sans fil basse fréquence pour l'alimentation de systèmes autonomes

Département Systèmes (LETI)

Laboratoire Autonomie et Intégration des Capteurs

Ecoles d'ingénieurs en électronique / mécanique ou M2 avec une composante mécatronique

01-09-2020

SL-DRT-20-0615

pierre.gasnier@cea.fr

Systèmes cyberphysiques - capteurs et actionneurs (.pdf)

Les technologies de transmission de puissance sans fil (TPSF) sont en pleine expansion, notamment pour la recharge sans fil de systèmes électriques (téléphone, voiture électrique, ?). Toutefois, ces technologies ont une portée de transmission limitée et leur haute fréquence de fonctionnement interdit toute transmission d'énergie en présence ou à travers des milieux conducteurs (parois métalliques ou eau de mer), ce qui limite leur adoption en milieux complexes (industriels, militaires?). La technologie TPSF basse-fréquence que nous proposons est basée sur un système électromécanique comprenant deux bobines et un aimant. Ce type de technologie possède l'intérêt de pouvoir alimenter des n?uds de capteurs sans fil pour une variété d'applications (le suivi de santé de structures en environnement isolé est un exemple parmi d'autres). Le but de la thèse est d'étudier l'ajout d'une conversion piézoélectrique au niveau du récepteur. Ce système dit « hybride » (électromagnétique/piézoélectrique) tirera parti des avantages de chaque convertisseur, dans le but d'améliorer les performances du récepteur pour, in fine augmenter la maturité de la technologie (augmentation des portées, densités de puissance, ?). Dans ce contexte, la thèse consistera à étudier, développer et tester les performances de solutions de TPSF hybride. Le candidat sera amené à développer des modèles analytiques et numériques pour identifier les paramètres d'influence du système couplé et comparer ses performances à la littérature. Le candidat devra aussi développer des électroniques de conversion d'énergie innovantes adaptées. Une optimisation conjointe du système électromécanique et de son électronique associée mènera à la réalisation d'un système complet de transmission de puissance sans fil performant. Le but final de la thèse est l'analyse et la compréhension des avantages et des limites de cette technologie hybride. Un profil pluridisciplinaire orienté physique et mécatronique est recherché pour cette thèse. En plus de solides bases théoriques, le doctorant devra posséder des capacités à travailler en équipe et une aptitude à l'expérimentation. Le doctorant sera intégré au Département Systèmes du CEA-Leti, au sein d'une équipe de chercheurs possédant de fortes compétences sur le développement et l'optimisation de systèmes électroniques et mécatroniques alliant des solutions innovantes pour la récupération d'énergie, la transmission de puissance sans fil, l'électronique basse consommation et l'intégration de capteurs pour le développement de systèmes autonomes.

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Mécanismes de dégradation de l'électrode à oxygène en Ferro-cobaltite de Lanthane dopée au Strontium pour cellules à oxydes solides

Département Thermique Biomasse et Hydrogène (LITEN)

Laboratoire Production d'Hydrogène

Master 2 en matériaux et/ou électrochimie. Des compétences en modélisation seront appréciées.

01-10-2020

SL-DRT-20-0622

bertrand.morel@cea.fr

Solutions avancées pour l?hydrogène et les piles à combustible pour la transition énergétique (.pdf)

Les cellules à oxydes solides (?SOCs' pour ?Solid Oxide Cells') sont des convertisseurs électrochimiques fonctionnant à hautes températures qui peuvent transformer un gaz en électricité en mode pile à combustibles (SOFC) ou inversement en électrolyse (SOEC). Ces systèmes ont récemment attiré un attention croissante grâce à une grande flexibilité d'utilisation et des rendements énergétiques très importants. Ces avantages permettent d'envisager diverses applications technologiques qui pourraient offrir des solutions innovantes pour une transition vers un marché de l'énergie renouvelable. Néanmoins, la durabilité des cellules à oxydes solides reste à ce jour insuffisante pour un déploiement industriel à grande échelle. Parmi les différents phénomènes de dégradation, la déstabilisation du matériau d'électrode à oxygène, classiquement composé d'une Ferro-Cobaltite de Lanthane dopée au Strontium (LSCF), contribue significativement au vieillissement de la cellule. Dans ce contexte, le travail de thèse consistera à étudier les mécanismes contrôlant la démixtion du matériau d'électrode à oxygène associée à des phénomènes de diffusion des éléments chimiques. Pour ce faire, une approche expérimentale et de modélisation sera adoptée. Des tests électrochimiques de longues durées seront réalisés et les électrodes vieillies seront caractérisées par fluorescence et diffraction des rayons X synchrotrons à l'échelle nanométrique. Les données acquises seront introduites dans une modélisation multi-échelle pour analyser les résultats. Des recommandations sur les matériaux et les conditions de mises en forme seront finalement proposées en vue d'améliorer la durée de vie des cellules.

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Développement de procédés innovants de gravure de matériaux chalcogénures pour des applications mémoires non-volatiles et photonique

Département des Plateformes Technologiques (LETI)

Laboratoire Gravure

master2 Matériaux

01-09-2020

SL-DRT-20-0625

christelle.boixaderas@cea.fr

Matériaux et procédés émergents pour les nanotechnologies et la microélectronique (.pdf)

Les étapes de patterning (gravure/stripping/nettoyages/remises à l'air) ont des effets néfastes vis à vis des propriétés des films chalcogénures. Il est donc primordial d'étudier cette brique patterning en vue de proposer de nouvelles solutions de gravure et post traitements associés. Après une première phase de recherche bibliographique et de formation en salle blanche aux équipements nécessaires aux travaux de thèse, le doctorant proposera une méthodologie permettant la compréhension des mécanismes de gravure du procédé de référence et de modifications du matériau GeSbTe (et autres alliages) par des analyses de surface (fond et flanc des structures. Il proposera et mettra en ?uvre des améliorations au procédé de référence (chimie, paramètres plasma...) qui permettront de garantir que le chalcogénure reste intègre au cours du flow de fabrication de la mémoire. Puis, il devra faire le choix des intégrations et des matériaux pour un véhicule de test en mémoire et Photonique. L'enjeu sera d'apporter des améliorations au procédé de référence de l'empilement mémoire en fonction de l'étude de la phase précédente: gravure de l'empilement, stripping, gestion des temps d'attente entre les étapes Enfin, il serait intéressant de mesurer l'impact des changements par des résultats électriques sur les cellules mémoires (gain/perte sur les caractéristiques intrinsèques d'une mémoire PCM)

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Développement de matériaux cellulosiques pour la fabrication de dispositifs médicaux par stéréolithographie

Département des Technologies des NanoMatériaux (LITEN)

Laboratoire de Formulation des Matériaux

Chimie des matériaux, option polymères

01-11-2020

SL-DRT-20-0628

sebastien.rolere@cea.fr

Technologies pour la santé et l?environnement, dispositifs médicaux (.pdf)

Le développement de nouveaux dispositifs médicaux nécessite l'utilisation de matériaux très performants. Ces matériaux, aux propriétés de biocompatibilité et de biodégradabilité contrôlée, et pouvant présenter des propriétés bio-spécifiques particulières (e.g. mucoadhésion, caractère antibactérien, affinité biologique) sont au c?ur des travaux de recherche centrés autour de la Médecine du Futur. La mise en forme de ces nouveaux matériaux peut nécessiter le déploiement de technologies de fabrication additive, particulièrement bien adaptées aux spécificités du domaine biomédical. La stéréolithographie (SLA) permet notamment d'élaborer des formes complexes à partir de matériaux préalablement sous forme liquide, par photo-polymérisation sous rayonnement ultraviolet. La SLA est actuellement considérée pour le développement de dispositifs médicaux à partir de dérivés de cellulose. Ce matériau biocompatible constitue le polymère biosourcé le plus abondant sur Terre, et permet d'envisager de nombreuses fonctionnalités de par ses nombreux sites potentiels de modification chimique. L'objectif de ces travaux de thèse est l'élaboration par SLA de dispositifs présentant des propriétés bio-spécifiques à partir de matériaux cellulosiques modifiés chimiquement, pour des applications dans le domaine biomédical.

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Composants à base de jonctions tunnel ferroélectriques (FTJs) pour applications mémoires et circuits neuromorphiques ultra-basse consommation

Département Composants Silicium (LETI)

Laboratoire de Composants Mémoires

Master de recherche en matériaux et dispositifs semiconducteurs / quantiques

01-10-2020

SL-DRT-20-0635

laurent.grenouillet@cea.fr

Data intelligence dont Intelligence Artificielle (.pdf)

Depuis la découverte de la ferroélectricité dans le HfO2 il y a une dizaine d'années, ce matériau suscite beaucoup d'intérêt pour stocker de manière non volatile de l'information dans des mémoires ultra faible consommation, via l'application d'un champ électrique pour renverser sa polarisation électrique. Plus récemment encore, des résultats préliminaires de jonctions tunnel ferroélectriques ont été démontrés avec ce type de matériau scalable et compatible CMOS. Dans ce dernier cas la couche ferroélectrique permet de moduler, en fonction de sa polarisation, le courant tunnel qui passe au travers de la jonction, ouvrant de nombreuses perspectives pour ces nouveaux dispositifs. L'objectif de la thèse sera de fabriquer, caractériser, et modéliser des jonctions tunnels ferroélectriques à base de HfO2, afin de mieux comprendre la physique de ces dispositifs, puis d'en optimiser leur performance. Dans un second temps, ces dispositifs optimisés seront co-intégrés en matrice au sein de circuits CMOS complexes, dans le but de les utiliser comme synapses artificielles dans un processeur neuromorphique très basse consommation. Ce travail s'effectuera avec des partenaires européens dans le cadre du projet H2020 BeFerroSynaptic.

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Modélisation multi-échelle de l'environnement électromagnétique de bits quantiques

Département Composants Silicium (LETI)

Laboratoire de Simulation et Modélisation

Master 2 ou école d'ingénieur physique,electronique, électrotechnique

01-10-2020

SL-DRT-20-0637

helene.jacquinot@cea.fr

Nouveaux paradigmes de calculs, circuits et technologies, dont le quantique (.pdf)

Modélisation multi-échelle de l'environnement électromagnétique de bits quantiques Dans un futur proche, les technologies de l'information quantique pourraient amener à des percées dans le monde de l'informatique et des communications. Parmi les différentes approches basées sur les semi-conducteurs, l'utilisation de bits quantiques (qubit) sur SOI (Silicon on Insulator) est une approche alternative aux qubits supraconducteurs [1]. En effet, les qubits de spin sur SOI sont beaucoup plus compacts et ont montrés ces dernières années des avancées considérables, avec un long temps de cohérence et une rotation rapide du spin. Un défi à relever à l'heure actuelle est d'étudier la possibilité d'étendre le nombre de dispositifs unitaires au sein du réseau de qubit de spin sur SOI, en prenant en compte la plateforme électronique en technologie CMOS, permettant le contrôle, la lecture et l'initialisation de l'état quantique des qubits [2]. L'objectif principal de la thèse est d'évaluer différentes stratégies pour l'implémentation du contrôle de spin par utilisation de signaux micro-ondes dans le cadre de réseaux bidimensionnels de qubits. Le candidat aura pour mission de i) caractériser des structures de test RF (radiofréquence) à très basse température en utilisant un équipement à l'état de l'art et comparer les résultats obtenus avec des simulations électromagnétiques spécifiques, ii) développer une boîte à outils pour permettre une optimisation multi-échelle allant du qubit unitaire au réseau de qubits, iii) intégrer le contrôle RF du spin dans le cadre d'un réseau bidimensionnel de qubits utilisant les technologies silicium du CEA-LETI. Ces travaux de thèse s'effectueront dans le cadre d'un projet de collaboration tripartite ente le CEA-LETI, le CEA-IRIG et le CNRS-Institut Néel (ERC ?Qucube?). [1] Maurand, R. et al. A CMOS silicon spin qubit, Nat. Communications 7, 13575 (2016). [2] Meunier, T. et al. Towards scalable quantum computing based on silicon spin, Symp. on VLSI Technology, 2019.

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Intégration de réseaux de Bragg haute température au sein de structures métalliques obtenues par fabrication additive

Département Métrologie Instrumentation et Information (LIST)

Laboratoire Capteurs Fibres Optiques

Master 2 Instrumentation, fibre optique, matériau, fabrication additive, métallurgie

01-10-2020

SL-DRT-20-0645

guillaume.laffont@cea.fr

Fabrication additive, nouvelles voies d?économie de matériaux (.pdf)

Le sujet de thèse proposé par le laboratoire LCFO de la DRT (au LIST/DM2I/SCI) en partenariat avec le laboratoire LISL de la DEN (au DPC/SEARS), spécialiste de la fabrication additive métal, vise à développer des méthodes d'intégration de Capteurs à Fibres Optiques à réseaux de Bragg résistant aux très hautes températures au sein de pièces métalliques ? en particulier pour l'aéronautique ou l'industrie nucléaire ? réalisées en fabrication additive (impression 3D) métal. Des développements récents ont permis de développer des réseaux de Bragg ultra-stables en température (au-delà de 1000 °C) à l'aide de modes d'écriture directe par laser femtoseconde. Ces transducteurs de température et déformation, inscrits dans des fibres optiques spécialement conçues pour les environnements à très haute température, seront utilisés pour l'instrumentation de pièces métalliques obtenues par fabrication additive sur lit de poudre, voire par projection. Ce projet vise à rendre possible la surveillance in situ des composants et pièces structurelles métalliques obtenues par fabrication additive 3D métal, ouvrant ainsi la voie au SHM intégré (Structural Health Monitoring) pour anticiper toute défaillance du procédé et optimiser les coûts d'exploitation par la mise en place de procédures de maintenances prédictive et conditionnelle.

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Apprentissage robuste et distribué de flux de données basé sur des systèmes multi-agents dans un environnement collaboratif

Département Métrologie Instrumentation et Information (LIST)

Laboratoire Intelligence Artificielle et Apprentissage Automatique

Ingenieur/Master 2 en Artificial Intelligence (Machine Learning) avec de bonnes compétences en programmation

01-09-2019

SL-DRT-20-0665

sandra.garciarodriguez@cea.fr

Data intelligence dont Intelligence Artificielle (.pdf)

Actuellement, les flux de données sont présents dans de plus en plus d'applications et de domaines où la réactivité et la vitesse sont primordiales. Des axes de recherche ouverts concernent la création et le traitement de ces flux, en particulier dans des environnements distribués, hétérogènes et collaboratifs. En effet, les systèmes existants ne disposent généralement pas des moyens nécessaires pour collaborer, négocier, partager ou valider des flux de données dans ce type d'environnements hétérogènes. Les systèmes multi-agents donnent accès à certaines de ces fonctionnalités, mais il reste cependant encore beaucoup à faire pour les adapter aux caractéristiques des flux de données. L'objectif principal du sujet proposé consiste à utiliser des agents collaboratifs pour gérer des flux de données et faire face à différents défis tels que la gestion de flux non synchronisés provenant de différentes sources, l'augmentation de la robustesse des modèles en ligne qui traitent de tels flux (pour les rendre robustes à des modifications inattendues de l'environnement) et la génération de nouvelles métriques pour évaluer les besoins mentionnés précédemment. Ce travail s'appuiera sur la plateforme "Streamer" déjà existante dans le laboratoire.

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Résonateurs et composants radiofréquences à ondes élastiques issues de l'hybridation entre ondes de surface et de volume

Département Composants Silicium (LETI)

Laboratoire Composants Radiofréquences

Master en acoustique ou en microtechnologies

01-09-2020

SL-DRT-20-0668

alexandre.reinhardt@cea.fr

Réseaux de communication, internet des objets, radiofréquences et antennes (.pdf)

Les composants à ondes élastiques de surface ou de volume sont actuellement des éléments clef des circuits d'émission/réception utilisés par la téléphonie mobile. Ils permettent en effet la miniaturisation des filtres assurant le traitement analogique des signaux radiofréquences, en vertu du fait qu'à fréquences égales, les longueurs d'ondes des ondes élastiques sont près de 100 000 fois plus petites que les longueurs d'ondes électromagnétiques. Avec la multiplication des bandes de fréquences utilisées simultanément par un unique téléphone, les spécifications de ces filtres deviennent de plus en plus drastiques, ce qui motive la recherche de nouveaux types de composants, basés sur de nouveaux modes de propagation des ondes élastiques pouvant être exploités. Traditionnellement, les composants utilisent des ondes élastiques dites de volume (BAW - pour bulk acoustic wave), ou de surface (SAW - pour surface acoustic wave), se propageant dans l'épaisseur ou à la surface d'une structure en matériau piézoélectrique, afin de coupler ces ondes élastiques au circuit électrique de traitement du signal. Ces dernières années, un nouveau mode de propagation, appelé "hybride SAW/BAW" a été proposé et permet, en principe, de combiner les avantages de ces deux types d'ondes. Il consiste en un mode excité par un réseau périodique d'éléments piézoélectriques disposés à la surface d'un substrat massif. Si des premières réalisations ont été proposées, les caractéristiques de ce mode restent encore relativement peu connues. Ce sujet de thèse porte donc sur l'étude des possibilités offertes par ce type de modes. En premier lieu, les propriétés de ce type d'ondes sont très fortement liées à la combinaison du matériau piézoélectrique employé et de la nature du substrat de propagation, à leurs orientations crystallines respectives, ainsi qu'aux dimensions géométriques des éléments piézoélectriques permettant l'excitation ou la détection de ces ondes. Le candidat cherchera donc à explorer l'espace de conception afin d'éprouver les possibilités de ce nouveau type d'ondes et d'optimiser leur conception en vue d'applications de filtrage radiofréquence ou de bases de temps, idéalement à des fréquences supérieures à 3 GHz. Il pourra pour cela s'appuyer sur les modèles de simulation disponibles au CEA-LETI et ceux mis au point par la société FrecNSys. Une seconde partie des travaux de thèse envisagés portent sur l'analyse plus fondamentale des possibilités ouvertes par ces modes de propagation particuliers, issus du couplage entre une onde élastique de surface et un réseau périodique d'éléments électriquement actifs. En effet, ce type de structures entre dans le champ plus général des métamatériaux élastiques, structures souvent périodiques présentant des effets de propagation inédits tels que l'obtention de fréquences interdites, de ralentissement des ondes, de confinement acoustique, d'unidirectionalité de la propagation, voire même d'amplification progressive. Les conditions d'obtention de tels phénomènes pourront être explorées, de même que leur exploitation dans des systèmes de capteurs ou dans des composants de traitement du signal. Le doctorant pourra pour cela s'appuyer sur l'expertise sur les métamatériaux acoustiques apportée par le département d'acoustique de l'ISEN. Enfin, dans une partie plus expérimentale, le doctorant pourra évaluer en pratique ses dimensionnements en participant aux développements et à la fabrication de composants "hybrides SAW/BAW" qui seront réalisés dans les salles blanches du CEA-LETI, ce qui lui permettra de conforter la faisabilité pratique de ces structures.

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Modélisation hybride pour la simulation de l'inspection ultrasonore de pièces composites pour la détection d'endommagements ou de faiblesses aux inter-plis

Département Imagerie Simulation pour le Contrôle (LIST)

Laboratoire Simulation et Modélisation en Acoustique

Ingénieur généraliste avec dominante numérique

01-10-2020

SL-DRT-20-0671

nicolas.leymarie@cea.fr

Usine du futur dont robotique et contrôle non destructif (.pdf)

Ce sujet concerne la modélisation de la propagation d'ondes acoustiques dans un milieu composite stratifié pour aider au design de nouvelles méthodes de contrôle non destructif par ultrasons. Les matériaux composites sont aujourd'hui largement utilisés dans le domaine de l'aéronautique mais restent sensibles aux chocs. Ces chocs, même à basse énergie, peuvent fragiliser la pièce en engendrant des endommagements localisés, principalement de la fissuration transverse et du délaminage. La mise en ?uvre de méthodes d'inspection de telles structures est très délicate en raison de leur caractère anisotrope, hétérogène et multicouches. La simulation numérique est alors une aide importante, tant pour l'analyse que pour la conception et l'optimisation des techniques de contrôle. Basé sur l'exploitation de techniques numériques innovantes, l'objectif de ce travail est de proposer des méthodes numériques dédiées à la simulation de contrôles avancés et en particulier sur l'analyse de contrôles en incidence oblique de défauts d'endommagement réalistes. Pour cela on s'appuiera sur les briques modèles récemment développées au CEA LIST autour de la solution transitoire par la méthode des éléments spectraux en travaillant spécifiquement sur des conditions d'interface effectives entre les plis du composite pour modéliser des décohésions de type délaminage ou des porosités aux inter-plis.

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Dispositifs intégrés couplant micro-aiguilles et bioélectrodes pour la détection électrochimique transdermique

Département Microtechnologies pour la Biologie et la Santé (LETI)

Laboratoire Chimie, Capteurs et Biomatériaux

Master 2 Chimie, spécialité polymères ou électrochimie

01-10-2020

SL-DRT-20-0673

isabelle.texier-nogues@cea.fr

Technologies pour la santé et l?environnement, dispositifs médicaux (.pdf)

Les capteurs électrochimiques suscitent un intérêt considérable en raison de leur immense potentiel de surveillance portable et rapide de la santé des personnes. Les dispositifs actuels sont limités à la détection d'un seul analyte (principalement du glucose) dans des biofluides, sur de courtes périodes, en utilisant une collecte d'échantillons invasive. Dans cette thèse, nous proposons de combiner la technologie des capteurs électro-enzymatiques à un échantillonnage de fluide interstitiel à base de micro-aiguilles (MN), peu invasif et indolore, pour la détection rapide de différents biomarqueurs (par exemple, le glucose et le nitrate). L'objectif est d'établir une plate-forme sensible et pratique pour la détection des analytes afin d'améliorer le profilage métabolique du diabète et des maladies cardiovasculaires. Cette thèse explorera l'utilisation de microaiguilles formant un hydrogel (par exemple à base de polysaccharides) couplées à des systèmes à une / deux bioélectrodes pour la transduction de signaux électrochimiques. Les propriétés mécaniques et structurelles de la phase polymère, et les performances des capteurs, seront caractérisées et optimisées. Des tests de tolérance seront effectués avec les premiers prototypes sur des rongeurs. La thèse se déroulera au DTBS CEA Grenoble, ainsi qu'au Dpt. de Chimie Moléculaire (UGA, collab. Dr. Gross). Le candidat sera titulaire d'un Master 2 en Chimie, spécialité chimie des polymères, biomatériaux ou électrochimie.

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Electronique cryogénique pour adressage massive de bits quantiques silicium

Département Architectures Conception et Logiciels Embarqués (LIST-LETI)

Laboratoire Intégration Gestion d'Energie Capteurs et Actionneurs

condensated matter physics, microelectronics, electrical engineering

SL-DRT-20-0675

xavier.jehl@cea.fr

Nouveaux paradigmes de calculs, circuits et technologies, dont le quantique (.pdf)

Research on quantum computing currently focuses on upscaling the number of qubits in order to reach useful calculation capabilities. The mature CMOS technology for circuits offers the opportunity to develop on-chip integration of CMOS spin-qubits together with classical electronics. Readout chips at sub-Kelvin temperatures form a key element in the massive addressing of a qubit matrix compared to nowadays solutions with cable-limited room-temperature instruments. Our previous studies on circuits made with the industrial 28-nm Fully Depleted Silicon on Insulator technology have demonstrated the operation of basic circuit elements down to temperatures as low as 20 mK with acceptable power dissipation. Using this toolbox of cryogenic circuits, the thesis concentrates on the design and operation of more complex cryogenic circuits in order to massively address CMOS-inspired qubits matrix at low temperatures. The ultimate goal is to readout 1000's of spin qubits in a line-column arrangement. The PhD student will explore alternative solutions for scalable readout such as the frequency multiplexing of electrometer sensors or of resonant oscillating circuits.

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Reconstruction 3D d'objets nanométriques à partir d'images de microscopes électroniques

Département des Plateformes Technologiques (LETI)

Laboratoire

Ecole d'ingénieur/M2 mathématiques appliquées

01-09-2020

SL-DRT-20-0679

aurelien.fay@cea.fr

Simulation numérique (.pdf)

Mots clef : Mathématiques appliquées, Traitement d'image, Modélisation, Problème inverse, Microélectronique La métrologie 3D robuste, rapide et non-destructive est un enjeu majeur pour l'industrie de la microélectronique, pour améliorer et contrôler les procédés de nanotechnologies [1]. Le CEA-LETI dispose de microscopes électroniques (SEM) de dernière génération permettant d'imager des objets sous différents points de vue (stéréoscopie). Ces équipements pourraient être utilisés de manière disruptive en production pour reconstruire la topographie 3D des objets visionnés à partir de modèles d'imagerie SEM fiables et d'algorithmes innovants. Le CEA-LETI dispose déjà d'une forte expertise dans ce domaine [2, 3], et plusieurs partenaires industriels montrent un fort intérêt pour le développement de cette technologie. L'objectif de cette thèse est de développer une méthode de reconstruction 3D à partir d'images SEM la plus précise et robuste possible. Pour cela, l'étudiant(e) en thèse s'appuiera sur les moyens théoriques et de simulation du groupe de Lithographie Computationnelle (CLG) du LETI pour améliorer et développer de nouveaux modèles analytiques d'imagerie SEM. Le champ d'application de ces modèles SEM se veut large, de la simulation d'objets micrométriques jusqu'aux structures nanométriques. L'étudiant(e) en thèse entrainera les modèles SEM sur une collection d'images SEM multi-stéréo de motifs, dont les topographies 3D seront connues via de la métrologie 3D de référence. Il investiguera par la suite différentes stratégies mathématiques de reconstruction 3D, permettant une convergence rapide et de qualité. A terme, la reconstruction 3D sera appliquée sur différents produits d'intérêt. Moyens : Librairies CLG python, Développement collaboratif SVN, Intégration continue, HPC CPU/GPU, plateforme Silicium et de Nano-caractérisation [1] B. Bunday, 7/5 nm logic manufacturing capabilities and requirements of metrology, SPIE 9780 (2018) [2] J. Bélissard et al., Limits of model-based CD-SEM metrology, Proc. SPIE 10775, 1077518 (2018) [3] C. Valade, Tilted beam SEM, 3D metrology for industry, Proc. SPIE 10959, 109590Y (2019)

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Apprentissage continu pour des base de données multimodales

Département Architectures Conception et Logiciels Embarqués (LIST-LETI)

Laboratoire Infrastructure et Ateliers Logiciels pour Puces

ingénieur et/ou master IA/ sciences cognitives

01-01-2020

SL-DRT-20-0686

marina.reyboz@cea.fr

Data intelligence dont Intelligence Artificielle (.pdf)

Comme tout système embarqué, l'edge IA se connecte à son environnement, via des capteurs et éventuellement des actionneurs. Il doit gérer une variété d'entrées de capteurs, dans un environnement multimodal. Bien qu'il existe déjà plusieurs réseaux de neurones artificiels (ANN), chacun d'entre eux gérant une modalité spécifique, la construction d'un ANN pour la multimodalité reste un énorme défi. Dans l'état de l'art international, il a été montré avec un réseau neuronal impulsionnel faisant de classification d'images et de son (ensemble de données MNIST + son), une amélioration du taux de reconnaissance ainsi qu'une meilleure robustesse. Le défi est donc de trouver une approche générique, capable de prendre en compte les ANNs spécifiques à chaque modalité et de les intégrer dans un ANN multimodal. Un autre défi pour l'edge IA est la capacité de s'adapter à une nouvelle situation, par exemple, un utilisateur donné ou un environnement spécifique. En effet, un algorithme d'IA, même s'il a été formé sur une grande base de données, doit pouvoir s'adapter. Nous appellerons cela la personnalisation. Le défi est le suivant : comment un ANN, formé sur une base de données initiale, pourrait-il être affiné pour un cas d'utilisation spécifique (par exemple, un utilisateur donné, un environnement spécifique) ? A partir d'un modèle bio-inspiré d'apprentissage incrémental fonctionnant pour une modalité, la deuxième partie de la thèse s'attachera à coupler les aspects multimodal et personnalisation.

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Architectures et circuits recepteurs RF mmW large bande pour modulations innovants

Département Architectures Conception et Logiciels Embarqués (LIST-LETI)

Laboratoire Architectures Intégrées Radiofréquences

Master recherche en RF et ou microelectronique

01-10-2020

SL-DRT-20-0689

joseluis.gonzalezjimenez@cea.fr

Réseaux de communication, internet des objets, radiofréquences et antennes (.pdf)

Les réseaux de télécommunication existants évoluent vers des besoins de très haute capacité et haut débit de communication qui nécessiteront des architectures d'émetteur-récepteur innovantes. Pour les liaisons de données sans fil dans le cadre des systèmes 5G et au-delà de la 5G des nouvelles solutions d'émetteur-récepteur seront nécessaires dans les 5 à 10 prochaines années pour pouvoir fournir des débits de données de l0irdre de 100Gb/s ou supérieurs en utilisant efficacement le large spectre disponible aux fréquences millimétriques (mmW). L'architecture traditionnelle des émetteurs-récepteurs qui a été utilisée dans le passé peut entraîner une consommation d'énergie trop importante ou tout simplement une performance insuffisante pour répondre à ce défi. L'institut de recherche LETI a mené des investigations au cours des dernières année dans le domaine des schémas de modulation et des architectures d'émetteurs-récepteurs novateurs afin de répondre aux fefis liés a l'agumentation du débit susmentionné dans les environnements sans fil, compte tenu des limites imposées par les dispositifs électroniques existants nécessaires à la construction des émetteurs-récepteurs. Actuellement, certaines solutions ont été proposées d'un point de vue théorique qui doivent être avancées afin de trouver une mise en ?uvre optimale avec les technologies de pointe pour la conception et la fabrication de circuits intégrés. Cette thèse s'inscrit dans la continuité de ces travaux précédents et explorera la mise en ?uvre pratique de circuits basés sur des schémas de modulation et des architectures innovantes pour des récepteurs mmW à haute vitesse, à large bande passante et à l'épreuve des imperfections.

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Caractérisations des défauts électroniques dans les cristaux pérovskites utilisés pour l'imagerie X médicale

Département d'Optronique (LETI)

Laboratoire Architecture Systèmes Photoniques

Master II ou ingénieur en physique des matériaux

01-09-2020

SL-DRT-20-0690

eric.grosdaillon@cea.fr

Photonique, imageurs et écrans (.pdf)

Le laboratoire architecture des systèmes photoniques fait partie du département optronique CEA LETI. Il a une solide expertise dans le développement de nouveaux modules de détection RX comprenant un détecteur semi-conducteur ou scintillateur associé à une électronique de lecture pour l'imagerie par rayons X ou gamma dans les domaines de l'imagerie médicale ou du contrôle pour la sécurité. L'objectif de cette thèse est d'étudier les niveaux de pièges dans la bande interdite d'un nouveau matériau semi-conducteur à base de pérovskites pour la détection directe des rayons X développé pour la radiographie médicale. Son utilisation sous forme de dispositifs photoconducteurs dans les imageurs matriciels devrait permettre d'améliorer la résolution spatiale des images et d'augmenter le signal, donc de réduire la dose administrée au patient, voire de donner accès à de nouvelles informations sur la composition des tissus. Pour cela, le doctorant, physicien et expérimentateur, devra développer des bancs de test pour identifier et caractériser les niveaux de pièges électroniques dans le volume des cristaux et aux interfaces des dispositifs détecteurs. Il déterminera qualitativement et quantitativement les défauts électroniques des couches cristallines épaisses élaborées dans le cadre d'un doctorat au CEA LITEN. En particulier, le doctorant modélisera l'effet des niveaux pièges identifiés, sur les performances des dispositifs. En parallèle, le doctorant étudiera l'origine du courant d'obscurité dans les dispositifs pérovskites. Les résultats seront corrélés aves les mesures expérimentales de caractérisations des dispositifs photodétecteurs sous X réalisées dans le cadre d'un doctorat en cours au CEA LETI. Ces résultats permettront d'orienter les développements matériaux et des dispositifs dans le but de minimiser ces défauts et d'améliorer les performances des détecteurs.

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Extraction de source d'entropie des mémoires RRAM poura applications TRNG

Département Systèmes (LETI)

Laboratoire Sécurité des Objets et des Systèmes Physiques

microélectronique, physique, cryptographie

01-06-2020

SL-DRT-20-0693

florian.pebay@cea.fr

Cybersécurité : hardware et software (.pdf)

La croissance rapide du nombre de dispositifs connectés de l'internet des objets a pour conséquence l'explosion du nombre de failles de sécurité quotidiennement découvertes. Ces objets, de par leur déploiement, sont particulièrement exposés aux attaques physiques, ce qui oblige les fabricants à augmenter le niveau de sécurité de leurs produits. Les générateurs de nombre aléatoires (TRNG) sont la pièce angulaire de la sécurité des dispositifs car ils permettent de générer les clés nécessaires aux opérations de cryptographie. La sécurité des données ainsi protégées ? et donc la sécurité du système entier ? repose sur la qualité de l'aléa généré par le TRNG. De plus, les composants dédiés à l'internet des objets demandent de fortes exigences en termes de cout et de consommation énergétique. Pour être intégré dans de tels composants, un TRNG doit répondre à ces exigences tout en conservant un bon compromis en terme de robustesse. Ainsi, la réalisation de TRNG basés sur des éléments déjà présents dans les composants, tels que les matrices mémoire, semble une piste prometteuse.

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Simulations acoustiques transcrâniennes et imagerie adaptative rapides pour la dosimétrie personnalisée en thérapie ultrasonore du cerveau

Département Imagerie Simulation pour le Contrôle (LIST)

Laboratoire Simulation et Modélisation en Acoustique

école d'ingénieur ou master 2 simulation, imagerie

01-10-2020

SL-DRT-20-0700

sylvain.chatillon@cea.fr

Technologies pour la santé et l?environnement, dispositifs médicaux (.pdf)

Le traitement des maladies cérébrales reste très difficile, principalement en raison du faible accès des agents pharmacologiques au cerveau dû à la présence de la barrière hémato-encéphalique (BHE). La focalisation d'ondes ultrasonores de faible intensité au sein du cerveau, combinée à des microbulles circulantes (agents de contraste ultrasonores), augmente considérablement la libération du médicament dans le tissu cérébral, avec un effet thérapeutique établi dans de nombreux modèles animaux. Cette perméabilisation de la BHE est non invasive, locale et réversible à condition que l'intensité du faisceau soit bien contrôlée à travers le crâne car l'implosion de microbulles pourrait entraîner des microhémorragies. La structure et la géométrie complexe de l'os du crâne conduisent à une forte atténuation ainsi que des déphasages spécifiques du front d'onde ultrasonore lors de sa traversée. Les caracxtéristiques de la tâche focale sont fortement altérées et le recours à la simulation personnalisée est inévitable afin de garantir une thérapie reproductible, contrôlée et sûre. Ces aberrations peuvent être corrigées en utilisant une sonde ultrasonore multiéléments de grande ouverture associée à des lois de retards calculées notamment à partir de modèles de propagation des ondes ultrasonores, utilisant une description de la morphologie du crâne obtenue par IRM ou tomodensitométrie (CT). En outre, la relative instabilité des microbulles rend nécessaire la surveillance de leur activité de cavitation afin de pouvoir intervenir en temps réel en cas de signature acoustique annonçant un risque de lésion définitive des tissus (cavitation ultra-harmonique et large bande). Ainsi, dans les travaux précédents de NeuroSpin, l'utilisation d'une boucle de rétroaction basée sur des détecteurs passifs de cavitation permet de garantir la sécurité du protocole chez le macaque. Pour aller plus loin que la simple détection de ces signaux, il serait souhaitable de pouvoir cartographier cette activité à travers le crâne à l'aide d'imagerie passive avec correction d'aberration à la réception. L'objectif de la thèse est d'adapter et d'optimiser les outils numériques de simulation et d'imagerie développés par le CEA-LIST pour les applications de Contrôle Non Destructif (CND) afin: (i) de prédire et de corriger le champ de pression obtenu lors d'un traitement par ultrasons focalisés transcrâniens et (ii) d'améliorer de manière significative la qualité de la cartographie passive de cavitation acoustique pendant l'intervention. Cette thèse, menée en collaboration entre l'équipe de S. Chatillon à la DRT/LIST et celle de B. Larrat à la DRF/JOLIOT/NeuroSpin, comportera les trois étapes suivantes : - Validation du modèle de propagation sur des échantillons de crânes humains. - Optimisation de la trajectoire pour atteindre un point cible à traiter (problème inverse). - Imagerie transcrânienne de l'activité de cavitation des microbulles pendant l'intervention

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Nanocaractérisation chimique fine de structures GaN pour les applications nano et opto-électroniques

Département des Plateformes Technologiques (LETI)

Autre laboratoire

Master 2 recherche, Sciences de Matériaux, électronique

01-10-2020

SL-DRT-20-0701

marc.veillerot@cea.fr

Nano-caractérisation avancée (.pdf)

L'utilisation des matériaux III-N se généralise, non seulement pour les composants électroniques de puissance mais également pour des nouvelles technologies d'éclairage basse consommation à base de µLEDs. Cependant un meilleur contrôle de la composition des matériaux, leur dopage et la qualité des interfaces des empilements développés, est nécessaire à l'optimisation des performances électriques des composants. Des techniques de caractérisation chimique comme l'XPS et le SIMS sont utiles au développement de ces structures. Cependant ces deux techniques ont besoin d'être développées et combinées, pour produire l'information fiable nécessaire à l'optimisation des matériaux et des procédés de fabrication des dispositifs à base de GaN. Le sujet de thèse est construit sur deux axes de travail. Le premier, d'intérêt industriel immédiat, est la caractérisation fine combinée des surfaces et interfaces pour des empilements planaires minces (quelques nm) de type AlGaN/GaN et oxyde/GaN. Cela passe par le développement de méthodologies spécifiques, comme le SIMS à basse énergie très résolu en profondeur et l'XPS à haute énergie pour l'analyse d'interfaces enterrées. Le second, plus prospectif, est la caractérisation de structures tridimensionnelles intégrées dans les dispositifs finaux de taille micronique. On s'orientera pour cela vers des variantes des techniques XPS et SIMS dotées d'une résolution latérale plus poussée. Cette partie du travail, mené en collaboration avec des partenaires académiques et/ou industriels, permettra d'anticiper les capacités de caractérisation des futurs dispositifs.

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Packaging innovant utilisant le concept de transfert de couche active ultra mince sur un substrat

Département Composants Silicium (LETI)

Laboratoire Packaging et 3D

BAC + 5

01-07-2020

SL-DRT-20-0703

gabriel.pares@cea.fr

Matériaux et procédés émergents pour les nanotechnologies et la microélectronique (.pdf)

Le sujet s'inscrit dans le domaine des microsystèmes avancés qui est un axe stratégique pour le LETI associé aux tendance actuelles du packaging : compacité extrême, conformabilité, fonctionnalisation. L'approche développée est unique et permet le report de puces ultra-fines (« substrat less ») de grande dimension sur tout type de substrats d'accueil avec un procédé adaptable à différentes solutions de collage dont le collage direct ou avec une couche intermédiaire. Elle utilise le savoir-faire du CEA-leti en amincissement extrême de circuit actifs , de techniques de collage temporaire et permanent, de report de couches fines sur poignée temporaire et de techniques de découpes avancées (plasma, laser). Par ailleurs elle utilise les technologies liées au packaging avancé avec l'utilisation de substrats minces de type FLEX et d'encapsulation de type molding et de connectique en technologies additives (RDL, impression 3D et sérigraphie). La solution proposée est générique et adresse de nombreuses applications comme les imageurs CMOS, en particulier avec courbure, les MEMS (capteur de gaz, humidité, contraintes, actuateurs piézo-électriques), les circuits RF (filtres, switch), les réseaux d'antennes. Le sujet se focalisera sur les imageurs CMOS à plan focal avec courbure passive ou active et aura pour objectif la réalisation d'un premier démonstrateur fonctionnel.

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Détection colorimétrique des pesticides organophosphorés : Synthèse des chromogènes et développement de papiers détecteurs

Département des Technologies des NanoMatériaux (LITEN)

Laboratoire Synthèse et Intégration des Nanomatériaux

Ingénieur chimiste

01-09-2020

SL-DRT-20-0714

sebastien.penlou@cea.fr

Technologies pour la santé et l?environnement, dispositifs médicaux (.pdf)

Cette thèse porte sur le design et la synthèse de chromogènes et leur mise en forme pour le développement de détecteurs chromogéniques de pesticides organophosphorés. Un chromogène est une molécule qui voit sa couleur changer lorsqu'elle est en présence d'une molécule cible. Au sein du CEA Grenoble, le laboratoire LSIN a développé une expertise autour de la détection colorimétrique via le criblage d'une chimiothèque commerciale de chromogènes. Nous avons identifié des structures réactives commerciales. L'objectif de cette thèse est de synthétiser des analogues structuraux plus réactifs et à changement de couleur contrôlé. Les changements de couleurs seront validés sur pesticides organophosphorés. Enfin, l'étude de la réactivité des chromogènes vis-à-vis des pesticides organophosphorés (RMN, FTIR, UVVis-NIR,spectrométrie de masse,?) devra permettre de mieux comprendre leur réactivité et proposer un mécanisme réactionnel expliquant les changements de couleur observés. Un prototype de détecteur colorimétrique de pesticides organophosphorés bas coût sera développé en fin de thèse.

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Modification de propriétés physico-chimiques de surface par nano-structuration multi-échelle

Département des Plateformes Technologiques (LETI)

Laboratoire

Master 2 Sciences des matériaux

01-10-2020

SL-DRT-20-0720

maxime.argoud@lcea.fr

Matériaux et procédés émergents pour les nanotechnologies et la microélectronique (.pdf)

Ces 20 dernières années des méthodes de structuration de surface ont été développées dans le domaine de la lithographie avancée pour la micro-électronique. Ces techniques en rupture, comme par exemple l'auto-assemblage dirigé des copolymères à blocs ou la lithographie par nano-impression, apparaissaient comme une alternative bas coût crédible aux méthodes traditionnelles de lithographie optique. De nombreux travaux ont permis de démontrer et confirmer ce potentiel, jusqu'à l'échelle du wafer 300mm, cependant ces technologies n'ont pas encore percé pour les applications CMOS, notamment en raison de la défectivité et de la mise en production de le lithographie extrême UV. La maturité des divers procédés et matériaux développés, ainsi que la compréhension globale associée, offre aujourd'hui de nombreuses opportunités pour des applications pour lesquelles la défectivité n'est pas critique. En particulier la modification des propriétés physico-chimiques de surface par nano-structuration, sur plusieurs échelles, par l'intermédiaire des techniques de patterning relativement bas coût précédemment mentionnées, pourrait permettre d'adresser de nombreux domaines applicatifs (propriétés optiques particulières, biotechnologies, auto-assemblage de puces?). Les travaux de thèse porteront globalement sur la modification de propriétés physico-chimiques de surface par nano-structuration. La structuration de surface sera réalisée par des technologies de patterning avancées telles que l'auto-assemblage de copolymères à blocs, sur une large gamme de périodes (de 20 à 200nm), dirigé ou non, ainsi que de la lithographie par nano-impression. Un axe de travail portera sur la mise en ?uvre, et la compréhension associée, de ces méthodes de structuration. Divers matériaux, en couche mince ou massifs, pourront être structurés, et les propriétés physico-chimiques obtenues seront finement caractérisées. Un axe original des travaux portera par ailleurs sur l'aspect multi-échelle de cette structuration, du point de vue de la structuration en elle-même sur une large gamme dimensionnelle (de quelques nm à plusieurs centaines de nm), ou encore de la dimension des surfaces modifiées (de quelques centaines de nm² à plusieurs dizaines de cm²). Certaines propriétés pourront être appliquées à divers domaines applicatifs (optique, biotechnologies, auto-assemblage de puces?).

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Etude des matériaux de cathode pour accumulateurs lithium-ions par spectroscopie de photoémission à rayonnement X mous et durs expérimentale et théorique

Département des Technologies des NanoMatériaux (LITEN)

Laboratoire de Nanocaractérisation et Nanosécurité

Master II sciences des matériaux, genie thermique

01-09-2020

SL-DRT-20-0722

anass.benayad@cea.fr

Stockage électrochimique d?énergie dont les batteries pour la transition énergétique (.pdf)

La spectroscopie par photoémission (par rayons X, XPS, ou dans l'ultraviolet, UPS) est le reflet direct de la structure électronique des matériaux, qui est au coeur des processus redox en jeu dans les batteries à l'échelle atomique. Elle est cependant limitée par l'extrême sensibilité à la surface du matériau, avec une longueur typique de parcours du photoélectron de quelques nanomètres aux énergies usuellement accessibles en laboratoire. De plus, l'interprétation des spectres nécessite d'être capable de modéliser cette structure électronique avec précision, ce qui est particulièrement délicat dans le cas des matériaux de cathode qui contiennent des métaux de transition et sont utilisés dans une large plage de composition en Lithium. En effet, la structure électronique de ces matériaux présente des effets de corrélations électroniques dont le caractère dépend notamment du remplissage des orbitales « d ». Dans cette thèse, nous proposons de lever ces limitations et de les utiliser à notre avantage pour explorer la structure électronique de surface comprenant l'interphase électrolyte solide (SEI), et celle du coeur de la particule active de cathode. Pour ce faire, nous tirerons avantage du premier spectromètre en rayons X durs de laboratoire en France (HAXPES), qui sera installé à la PlateForme NanoCaractérisation (PFNC) au printemps 2020, et permettra de sonder les matériaux jusqu'à une vingtaine de nanomètres , . La comparaison entre les spectres XPS et HAXPES, durant l'opération de la batterie (in operando) et sur la même zone, permettra de découpler les spectres de surface et de coeur pour différentes compositions chimiques et à différents stades du cycle de vie de la batterie. L'interprétation des spectres de photoémission sera faite par comparaison directe avec des calculs ab initio combinant la théorie de la fonctionnelle de la densité (DFT) avec la théorie du champ moyen dynamique (DMFT. Ce couplage permettra à la fois d'aller au-delà des techniques usuelles basées sur des modèles de cluster, qui ne prennent pas en compte l'écrantage métallique, et de valider la qualité des prédictions théoriques sur les effets de corrélations électroniques (masse effective, potentiel transfert de poids spectral vers les bandes de Hubbard). La thèse comportera une partie de développement instrumental (en particulier, calibration des surfaces efficaces sur des systèmes modèles) et théorique (prédiction des spectres de photoémission de coeur sur la base de calculs DFT+DMFT), puis s'attachera à comparer la performance et le vieillissement de différents matériaux de cathode (LiCoO2, NMC de différentes compositions) en combinaison avec des électrolytes liquides et solides et une anode Li métal. Le candidat sera accueilli dans les laboratoires L2N du DTNM et LMP du DEHT pour mener ses travaux.

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Interface haptique innovante

Département Composants Silicium (LETI)

Labo Composants Micro-actuateurs

Master 2 ou école d'ingénieur Physique générale

01-09-2020

SL-DRT-20-0724

fabrice.casset@cea.fr

Systèmes cyberphysiques - capteurs et actionneurs (.pdf)

Une interface haptique permet à l'utilisateur d'interagir avec l'environnement par le sens du toucher. Ce sens peut être utilisé notamment pour donner des informations complexes en environnement hostile, bruyant ou a visibilité réduite. Aujourd'hui des démonstrateurs permettent de générer des effets haptiques essentiellement sur des écrans en verre. Nous nous proposons de développer des solutions haptiques innovantes aptes à générer des effets complexes sur des surfaces courbes, conformables et de nature diverses (métal, plastique?). Le candidat aura pour objectif de dimensionner, réaliser et caractériser des interfaces haptiques. Une réflexion sera menée sur les différentes possibilités pour intégrer cette fonction haptique sur des supports variés. Pour cela, il développera des modèles analytiques et utilisera le calcul par éléments finis (COMSOL). Encadré par les experts du CEA sur la thématique, il proposera la technologie la plus adaptée (actionneur déposés en couche mince ou report de céramiques) pour intégrer les actionneurs piézoélectriques générant l'effet haptique sur des surfaces courbes, conformables, idéalement flexibles. Enfin, une réflexion sur le système global sera nécessaire afin de proposer un démonstrateur haptique innovant et complexes intégrant des fonction de détection de la position du doigt de l'utilisateur, d'actionnement et de pilotage.

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Approche multi-échelles pour la modélisation d'un stockage thermique de vapeur par Matériau à Changement de Phase intégré dans un système

Département Thermique Biomasse et Hydrogène (LITEN)

Laboratoire Stockage Thermique

Ingénieur ou master en thermique/énergétique ou simulation numérique

01-10-2020

SL-DRT-20-0726

pierre.garcia@cea.fr

Simulation numérique (.pdf)

Le stockage thermique de vapeur permet de rendre un procédé industriel ou une centrale thermique plus flexible, plus stable et plus fiable en décorrélant la production de vapeur de son utilisation. Le stockage par Matériau à Changement de Phase (MCP) présente de nombreux avantages, dont une restitution de la vapeur à pression constante, une forte densité énergétique et une réduction significative du volume sous pression. Au CEA, une technologie de stockage MCP de type tubes / calandre est développée depuis de nombreuses années, via plusieurs dispositifs expérimentaux et des travaux de modélisation. Des travaux récents ont permis de développer une méthodologie multi-échelles s'appuyant sur des simulations en mécanique des fluides numérique (modélisant le front de fusion du MCP et la convection naturelle dans une géométrie complexe) pour renseigner un modèle composant. L'objectif de la thèse est d'une part de valider cette approche prédictive sur de nouvelles données expérimentales, et d'autre part de la généraliser pour de nouvelles géométries, validant ainsi son utilisation pour le dimensionnement de stockages de taille industrielle. Enfin, un autre aspect de la thèse concerne l'intégration du modèle composant dans un système afin d'étudier les interactions entre le stockage et son environnement et ainsi d'optimiser son pilotage pour répondre aux besoins du système.

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Développement de MOFs pour la détection, la séquestration et la dégradation de polluants toxiques

Département des Technologies des NanoMatériaux (LITEN)

Laboratoire des Eco-procédés et EnVironnement

M2 ou Ingénieur en Chimie // Master in Chemistry

01-09-2020

SL-DRT-20-0736

arthur.roussey@cea.fr

Energie verte et/ou décarbonnée dont bioprocédés et valorisation des déchets (.pdf)

Ces travaux de thèse portent sur le développement de nouvelles structures de type Metal Organic Frameworks (MOFs) permettant la séquestration et la dégradation de toxiques industriels chimiques type H2S et de pesticides organophosphorés. Les MOFs sont une classe de matériaux à très haute surface spécifique contenant des ions ou des clusters métalliques coordonnés à des ligands organiques. De très nombreuses variations de ligands et métaux sont possibles, rendant ce type de matériaux très modulables pour obtenir des propriétés physico-chimiques spécifiques. Au cours de cette thèse, par une approche d'ingénierie moléculaire, le candidat synthétisera et/ou fonctionnalisera des MOFS pour améliorer leur sélectivité vis-à-vis des composés cibles. L'étude de la performance des matériaux en filtration et/ou dégradation sera réalisée en mesurant les capacités d'adsorption des matériaux et leur sélectivité vis-à-vis des composés cibles dans des conditions représentatives des applications visées. La structure des matériaux et les interactions adsorbat/matériaux seront finement étudiés en utilisant la grande variété de techniques de pointes disponibles au CEA (DRX, XPS, FTIR, UV-Vis-NIR, RMN solide, ?). Enfin, l'intégration d'un ligand chromogène (une molécule dont la couleur change lors de l'interaction avec des toxiques organophosphorés) à la structure du MOF sera également étudiée pour coupler les phénomènes de séquestration/dégradation à une détection colorimétrique.

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étude de l'intégration de matériaux 2D dans des dispositifs RF

Département Composants Silicium (LETI)

Laboratoire Intégration et Transfert de Film

Master 2/école d'ingénieur. Matériaux ou physique

01-09-2020

SL-DRT-20-0739

lucie.levan-jodin@cea.fr

Matériaux et procédés émergents pour les nanotechnologies et la microélectronique (.pdf)

Depuis la découverte du graphène (prix Nobel 2010 d'Andre Geim), l'engouement pour les matériaux 2D n'a cessé de croitre. En effet, ces matériaux présentent des propriétés très particulières qui en font des candidats sérieux pour créer de nouvelles générations de dispositifs électroniques ou optoelectroniques très performants, miniaturisés, flexibles et à faible consommation d'énergie. L'objectif de la thèse est de développer des nouveaux concepts de commutateurs radiofréquences (RF) à base de matériaux 2D pour les futurs systèmes de télécommunications sans fils. Le travail demandé est pluridisciplinaire et sera réalisé en collaboration étroite entre deux instituts du CEA : l'lRlG apportera son expertise autour de la croissance et de la caractérisation des propriétés électriques des matériaux 2D et le LETI apportera ses compétences sur l'intégration de couches minces dans les dispositifs et sur la conception des commutateurs RF. Le/la doctorant(e) cherchera à identifier les points clés de ce type de dispositif et à améliorer notre compréhension des mécanismes mis en jeux en particulier lors de la commutation. Il développera les méthodes de transfert du matériau dans le dispositif et cherchera à optimiser le contact électrique entre les matériaux 2D et les électrodes métalliques. Enfin il développera les procédés d'intégration technologique du commutateur dans des configurations planaires ou verticales en cherchant à assurer une compatibilité d'intégration avec les filières de la microélectronique sur silicium.

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Modulation des niveaux de résistance dans une mémoire PCM pour des applications neuromorphiques

Département Composants Silicium (LETI)

Laboratoire de Caractérisation et Test Electrique

Master 2 Electronique ou Physique

01-03-2020

SL-DRT-20-0740

carlo.Cagli@cea.fr

Data intelligence dont Intelligence Artificielle (.pdf)

Depuis les dernières 50 années, les processeurs sont basés sur l'architecture de von Neumann et les progrès dans l'intégration à très grande échelle ont permis de réaliser cette architecture computationnelle sur un substrat technologique adéquat. Ce binôme n'est plus suffisant aujourd'hui, la miniaturisation des composantes électroniques n'est plus suffisante pour augmenter les performances et réduire la consommation de puissance des architectures classiques de von Neumann. De plus des nouvelles applications, dont l'intelligence artificielle en premier, demandent des changement de paradigme très radicaux. Les nouvelles architectures de calcul inspirées par la biologie ont été récemment proposées pour surmonter ces difficultés. La différence principale entre un circuit neuromorphique et une architecture classique est l'organisation de la mémoire : les réseaux des neurones biologiques sont caractérisés par une co-localisation de la mémoire (synapses) et des centres de calcul (neurones). Les mémoires de type PCM (mémoires à changement de phase sont des candidats pour l'émulation du comportement synaptique, mais démontrer leur capacité à moduler le niveau de résistance programmé est en défis qu'il faut surmonter. Ce programme de thèse a pour but de démontrer la capacité d'une mémoire PCM à émuler une synapse. Un travaille initiale de caractérisation est demandé pour connaitre le comportement de la cellule PCM. Ce résultat ira alimenter un modèle multiniveaux de la cellule ce qui est la base pour la conception de circuit innovants. Dans une dernière phase on pourra proposer des circuits neuromorphiques à base de cellules PCM comme proof of concept.

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Revisiter les techniques d'analyse de code pour la sécurité : modèle d'attaquant

Département Ingénierie Logiciels et Systèmes (LIST)

Laboratoire pour la Sûreté du Logiciel

M2 IA, cybersécurité

SL-DRT-20-0741

sebastien.bardin@cea.fr

Cybersécurité : hardware et software (.pdf)

Les Méthodes Formelles pour l'analyse automatique de programmes ont largement démontré leur efficacité dans le domaine des systèmes critiques. Un Grand Défi scientifique actuel est d'adapter ces approches au cas de l'analyse de sécurité du code. Dans ce contexte, nous nous intéressons au problème de la modélisation de l'attaquant. En effet, en analyse de code les attaquants sont actuellement implicitement limités à l'envoi de messages ou requêtes potentiellement malformés et malicieux. Cependant, un attaquant peut faire bien pire en pratique, comme déduire ou modifier de l'information durant l'exécution, soit via d'autres attaques logicielles (détournement de flot de contrôle, séquences d'attaques), soit via des attaques matérielles (canaux cachés, injection de fautes), ou encore en exploitant la jonction logiciel - matériel (attaques au niveau micro-architecture, comme RowHammer ou Spectre). Ainsi, un programme considéré comme sécurisé dans le contexte d'attaquant usuel peut en réalité être sensibles à des attaques menées par un attaquant doté de plus de moyens. Ce genre d'attaquant avancé est à l'heure actuelle hors de portée de toutes les analyses automatiques de code. Le but de ce sujet de doctorat est précisément de comprendre comment définir et prendre en compte de manière efficace, dans les outils d'analyse de code, un modèle d'attaquant paramétrable, flexible et suffisamment expressif pour modéliser les attaques logicielles, matérielles et micro-architecturales. Cela demande notamment d'identifier les modèles d'attaquant faisant sens (objectifs, capacités) et de les formaliser de manière à pouvoir en automatiser le traitement dans l'analyse de code. Ces résultats seront intégrés dans la plate-forme BINSEC d'analyse de code binaire pour la sécurité, développée au CEA LIST/LSL et pionnière au niveau internationale. Ce sujet sera l'occasion de mener des travaux très largement différenciant sur l'analyses automatique de code et les méthodes formelles pour la sécurité, des axes où le LSL est pionnier mais où la compétition internationale est très forte. BINSEC sera la première plate-forme d'analyse de code à proposer un tel modèle d'attaquant, et donc un spectre d'application allant des attaques physiques aux attaques logicielles, en passant par des combinaisons originales. Ce sujet permettra aussi de consolider la collaboration fructueuse avec UGA/VERIMAG sur l'analyse de vulnérabilités au niveau binaire.

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Analyse chimique avancée des diodes électroluminescentes organiques

Département des Plateformes Technologiques (LETI)

Laboratoire Analyses de Surfaces et Interfaces

Master 2 Sciences des Matérieux/Chimie ou Physique

01-10-2020

SL-DRT-20-0748

jean-paul.barnes@cea.fr

Matériaux et procédés émergents pour les nanotechnologies et la microélectronique (.pdf)

La plateforme de nanocaractérisation s'est doté récemment de plusieurs techniques de caractérisation avancées : spectrométrie de masse des ions secondaires à temps de vol (TOF-SIMS) et spectroscopie de photoélectrons (XPS). C'est deux instruments sont équipés d'un source d'abrasion innovant (agrégats d'argon) ce qui permet l'analyse de manière non invasive des couches organiques fragiles telles que ceux des diodes électroluminescentes organiques (OLED). Pour le développement des OLEDs il est important de pouvoir caractériser la dégradation des couches suite à des vieillissement environnementales ou électriques. L'objectif de ces travaux est de développer les protocoles de caractérisation avancées TOF-SIMS et XPS pour les couches organiques pour quantifier et comprendre la dégradation des couches. Nous allons poursuivre le développement d'une méthode de préparation de coupe en biseaux qui permet une analyse sur la même coupe par plusieurs techniques. Ce sujet sera mené en étroite collaboration avec l'équipe OLED du LETI qui fourniront les échantillons et les équipementiers en nanocaractérisation.

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Etude par spectroscopie de photoélectrons haute-énergie d'interfaces critiques enterrées pour technologies avancées d'imageurs

Département des Plateformes Technologiques (LETI)

Laboratoire Analyses de Surfaces et Interfaces

Master 2 Matière Condensée Matériaux

01-10-2020

SL-DRT-20-0750

orenault@cea.fr

Nano-caractérisation avancée (.pdf)

La mise au point de technologies avancées génériques, comme les imageurs ou les mémoires, requiert une compréhension fine du comportement d'interfaces critiques pour le fonctionnement des dispositifs électroniques en jeu. Dans cette perspective, la mise en ?uvre de méthodes de nano-caractérisation en rupture est d'une importance capitale. Dans ce sujet, nous adressons l'application d'une nouvelle technique de photoémission par rayons X durs (HAXPES : HArd X-ray Photoelectron Spectroscopy) utilisant pour la première fois dans ce champ d'étude une source de laboratoire produisant la radiation Ka du Chrome, dans un spectromètre de dernière génération récemment installé sur la Plate-Forme de Nanocaractérisation de Minatec, CEA-Grenoble. L'HAXPES pallie à une limitation importante de la photoémission conventionnelle en augmentant la profondeur sondée, permettant d'accéder de manière non destructive aux interfaces enterrées critiques, situées typiquement à des profondeurs de 20 à 50 nm sous une électrode. La thèse sera organisée en deux volets : un premier volet sera dédié à la caractérisation des états chimiques des interfaces profondes dans les empilements technologiques d'imageurs et autres technologies génériques développées à ST Microelectronics. Un second aspect traitera des aspects électriques et propriétés électroniques de ces interfaces et plus particulièrement des décalages de bandes de valences.

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Actionneurs piézoélectriques transparents pour l'haptique

Département Composants Silicium (LETI)

Labo Composants Micro-actuateurs

Ingenieur Master 2 physique, sciences des matériaux

01-10-2020

SL-DRT-20-0756

gwenael.le-rhun@cea.fr

Matériaux et procédés émergents pour les nanotechnologies et la microélectronique (.pdf)

La technologie haptique (science du toucher) est en plein essor et suscite de plus en plus d'intérêt de la part d'industriels dans les domaines de la téléphonie ou de l'automobile. Des actionneurs piézoélectriques sont utilisés pour générer des vibrations au niveau d'une surface tactile afin de produire un retour haptique, permettant ainsi de faciliter (voire augmenter!) les interactions entre l'utilisateur et son environnement. Certaines surfaces tactiles, telles que la dalle de téléphone, l'écran de tableau de bord ou une vitre, requièrent idéalement l'utilisation d'actionneurs transparents. Or, les actionneurs piézoélectriques en couches minces sont quasi systématiquement déposés sur substrat silicium et intègrent des couches non transparentes (électrodes, ...). Des contraintes technologiques fortes, telles que la température de cristallisation du matériau piézoélectrique (env. 700°C pour le PZT), rendent le dépôt en couches minces d'empilements piézoélectriques transparents sur verre particulièrement complexe, voire impossible. Le LETI a récemment développé une technologie innovante permettant de transférer une ou plusieurs couche(s), par exemple le PZT, depuis un substrat de croissance silicium sur un substrat d'accueil tel que le verre (plusieurs brevets). L'objectif de cette thèse sera de concevoir et réaliser des actionneurs piézoélectriques transparents sur substrat verre pour une application haptique. Un état de l'art sur le sujet permettra d'établir les spécifications visées pour le dispositif choisi. En s'appuyant sur les connaissances et expertises disponibles au LETI, le doctorant travaillera sur l'intégration des matériaux (piézoélectrique, électrodes, etc?) permettant notamment d'obtenir un empilement fonctionnel avec la transparence requise, ainsi que sur la conception et la réalisation des actionneurs et leurs caractérisations.

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Contrôle de la microstructure de pièce en fabrication additive par génération et détection d'ultrasons par laser

Département Imagerie Simulation pour le Contrôle (LIST)

Laboratoire Instrumentation et Capteurs

master 2 accoustique, physique

01-01-2020

SL-DRT-20-0757

jerome.laurent2@cea.fr

Fabrication additive, nouvelles voies d?économie de matériaux (.pdf)

La fabrication d'additive (FA) métallique par fusion démontre un fort potentiel toujours croissant, et ceux dans des domaines d'applications très variés. Cependant, les systèmes existants présentent des limitations, en particulier sur la possibilité de pouvoir adapter les microstructures, et également de pouvoir détecter des défauts de fusion en ligne [1]. Pour dépasser ces limitations, il est nécessaire de développer de nouvelles stratégies de fabrication qui pourraient permettre d'adapter les conditions de solidification ainsi que des systèmes de contrôle non-destructif (CND) en ligne. Les procédés FA par projection de poudre (DED) ou encore par fusion laser sélective (SLM) utilisent une source d'énergie localement concentrée, laquelle génère de forts gradients thermiques qui conduisent le plus souvent à des microstructures fortement orientées ainsi qu'une rugosité de surface qui rend le contrôle ultrasonore et l'interprétation des mesures plus délicats. Les microstructures produites sont hors équilibre thermodynamique et sont dites à gros-grains ; elles se caractérisent par l'enchevêtrement de grains colonnaires et équiaxes. Ce type de microstructure influence à la fois le comportement mécanique, mais aussi la propagation d'ondes élastiques, puisque les dimensions de ces hétérogénéités sont proches des longueurs d'ondes acoustiques, ce qui a pour effet l'atténuation et la diffusion d'ondes. Un des défis majeurs à relever en fabrication additive consiste à réduire/empêcher la formation de grains colonnaires au cours de la fabrication, car leurs présences au sein de la microstructure sont, le plus défavorable pour les propriétés d'usage. En contrôlant les conditions thermiques pendant la solidification / cristallisation (vitesse de refroidissement, gradients de température) il est a priori possible de favoriser partiellement la formation de grains équiaxes. Il est aussi connu, qu'en insonnifiant un métal en fusion à l'aide d'ultrasons de forte intensité, il est possible de réaliser un « raffinement des grains », ou encore d'engendrer des phénomènes de cavitation, d'écoulements, de mélange, de pulvérisation, de dislocation, de diffusion et de transformation de phase [2]. En effet, lorsqu'un métal en fusion est soumis à une vibration élastique, il est a priori possible de « piloter » la structure de grains solidifiée, i.e. de modifier la direction de croissance et morphologie de la microstructure en cours de solidification. En perturbant ainsi les conditions de la solidification, alors, il est a priori envisageable de favoriser la formation de grains équiaxes, mais aussi de réduire la rugosité de surface, diminuer le nombre de défauts. Ce constat pose l'objectif de cette thèse qui vise à « façonner » des microstructures plus optimales en FA par vibration du bain de fusion et réaliser une inspection en ligne et hors ligne par méthode ultrasons-laser (UL). D'une part, le travail consistera à contrôler l'évolution microstructurale de pièce FA par vibration sans contact du bain de fusion (au CEA-DEN-LISL [3]). Ainsi, on cherchera à modifier les dynamiques du bain de fusion, par exemple perturbant l'effet Marangoni et déstabilisant la croissance dendritique dans la zone de solidification, à l'aide d'ondes élastiques induites par laser modulé ou impulsionnel. L'étude des paramètres de contrôle sera réalisée sur un banc d'essai à développer et instrumenter (caméras rapide, thermique ou Schlieren, et pyromètres) pour engendrer des « microstructures optimisées ». D'autre part, le travail (au CEA-DRT-LIST-LIC) consistera à inspecter en ligne la fabrication de tels échantillons par méthode UL (développement d'un système dédié). Ainsi, on cherchera à générer et détecter des ultrasons par laser dans le bain de fusion, pour suivre, par exemple, l'évolution du front de solidification, l'apparition de keyhole, la pénétration optique, etc. à l'aide des précurseurs acoustiques [4]. Des mesures de caractérisations ultrasonores, dans des conditions de laboratoires, seront également réalisées afin de déterminer les propriétés élastiques par UL en régime thermoélastique [5], que ce soit à l'aide d'ondes de surface ou des résonances ZGV (coefficient de Poisson locale, anisotropie, épaisseur), et autres méthodes CND disponible au LIST, que l'on pourra ensuite comparer aux images EBSD (méthode d'homogénéisation) et coupes métallurgiques. Des simulations par FDTD ou EF de la propagation d'ondes dans ces milieux rugueux et hétérogènes sera aussi envisagé. Références : [1] Zhao et al, Phys. Rev. X, 9, 02052, (2019), Wolff et al, Sci. Rep., 9, 962, (2019), Martin et al., Nat. Com., 10, 1987, (2019), Wei, Mazumder & DebRoy, Sci. Rep., 5, 16446, (2015). [2] G. I. Eskin & D. G. Eskin, ?Ultrasonic melt treatment of light alloy melts', 2nd edn, Boca Raton, FL, CRC Press, (2014), M. C. Flemings, ?Solidification processing', McGraw-HilI press, (1974), T.T. Roehling et al., Acta Materialia 128, 197, (2017), M.J. Matthews et al., Optics Express 25, 11788, (2017). [3] P. Aubry et al., J. Laser Appl., 29(2), (2017). [4] Walter & Telschow, QNDE, 15, (1996), Walter, Telschow & Haun, Proc COM, (1999), Carlson and Johnson, WJ, (1998), He, Wu, Li & Hao, Appl. Phys. Lett., 89, (2006). [5] Clorennec, Prada & Royer, Murray, Appl. Phys. Lett., 89, (2006), Laurent, Royer & Prada, Wave Motion 51(6), (2014), Laurent, Royer, Hussain, Ahmad & Prada, J. Acoust. Soc. Am. 137(6), (2015). Laboratoire d'Ingénierie des Surfaces et Lasers (LISL) Laboratoire Instrumentation et Capteurs (LIC)

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Intégration en dispositifs tandem des cellules PV à contacts passivés : Vers une technologie d'interface multifonctionnelle et universelle.

Département des Technologies Solaires (LITEN)

Laboratoire HoMoJonction

M2 IA, cybersécurité

01-10-2020

SL-DRT-20-0758

thibaut.desrues@cea.fr

Energie solaire pour la transition énergétique (.pdf)

Le sujet se place dans un contexte de développement de technologies de fabrication de cellules photovoltaïques (PV) en silicium cristallin (c-Si) à contacts passivés pour une application en dispositifs tandem. En effet, pour dépasser les limites de rendement de conversion des cellules c-Si conventionnelles à simple jonction, un axe de recherche concerne l'élaboration et la caractérisation de structures tandem (2 jonctions) dont le rendement peut dépasser 30%. Pour ces structures tandem, il est nécessaire d'optimiser les procédés de fabrication des cellules c-Si afin de favoriser la complémentarité et les performances des deux dispositifs (« bottom » et « top » cell). L'objectif principal du doctorat vise à développer des cellules c-Si adaptées aux applications tandem, et ce quelle que soit la technologie utilisée comme « topcell » (Pérovskite, CGS, III/V?). Ces cellules c-Si utiliseront des structures à base d'oxyde tunnel / Si poly-cristallin permettant d'une part de se passer de couches OTC (Oxydes Transparents Conducteurs) comme jonction de recombinaison et d'autre part d'obtenir une grande stabilité en température des dispositifs. Ce dernier point permet d'envisager des procédés de fabrication de la « topcell » à haute température. Le travail envisagé consistera globalement en: 1/ Un développement de couches minces et d'empilements optimisés pour les cellules c-Si à contacts passivés dédiées à des applications tandem 2/ La caractérisation des propriétés électriques et optiques des matériaux et structures élaborés. 3/ L'intégration des développements à une structure de cellule tandem fonctionnelle pouvant utiliser différentes technologies de « topcell »

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Spécification formelle des algorithmes d'apprentissage machine

Département Ingénierie Logiciels et Systèmes (LIST)

Laboratoire pour la Sûreté du Logiciel

Master 2 IA ou methodes formelles

SL-DRT-20-0764

zakaria.chihani@cea.fr

Data intelligence dont Intelligence Artificielle (.pdf)

L'apprentissage machine, en particulier au moyen des réseaux de neurones artificiels, connaît actuellement une expansion impressionnante, pénétrant des domaines allant de l'aide à la conduite à l'assistance juridique ou médicale. Bien que bénéfique en apparence, cette révolution a de quoi inquiéter à mesure qu'elle s'approche d'une application concrète dans les logiciels critiques, car la fragilité de ces techniques d'apprentissage est exposée de plus en plus, notamment face aux perturbations malicieuses. Quelques travaux sont déjà en cours pour adapter les méthodes formelles, utilisées depuis des décennies dans le domaine des logiciels critiques, à ces nouvelles technologies. Cette thèse s'inscrit dans cette dynamique en s'intéressant à un composant primordial de la discipline de vérification et validation de logicielle: les spécifications formelles. En effet, là où les propriétés des logiciels traditionnels peuvent être exprimées de manière à être prouvées par divers outils informatiques, l'une des grandes difficultés des IAs est de spécifier formellement le comportement des systèmes. Ces travaux seront complémentaires à ceux déjà engagés dans notre laboratoire dans le domaine de la vérification des IAs.

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Agents d'apprentissage par renforcement en profondeur révélant les incertitudes dans les systèmes à chaîne de blocs

Département Ingénierie Logiciels et Systèmes (LIST)

Lab.systèmes d'information de confiance, intelligents et auto-organisants

Master 2 en IA ou système distribué

01-09-2020

SL-DRT-20-0772

onder.gurcan@cea.fr

Simulation numérique (.pdf)

Depuis sa création à la fin de 2008, Bitcoin a connu une croissance rapide en termes de participation, de nombre de transactions et de valeur marchande. Ce succès est principalement dû à l'utilisation novatrice des technologies existantes pour la création d'un livre de confiance appelé blockchain. Un système de blockchain permet à ses participants (agents) de créer collectivement un système économique, social et technique distribué dans lequel tout le monde peut rejoindre (ou quitter) et effectuer des transactions entre-deux sans avoir besoin de se faire confiance, d'avoir un tiers de confiance et un environnement global. vue du système. Pour ce faire, il tient un journal des transactions public, immuable et ordonné, qui fournit un grand livre de confiance vérifiable et accessible à tous. Cependant, les systèmes blockchain sont des environnements trop complexes pour que l'homme puisse déterminer à l'avance les actions correctes à l'aide de solutions conçues à la main. En outre, les agents intervenant dans ces systèmes ont une observabilité limitée et les espaces d'état et de paramètre sont vastes et évoluent de manière dynamique. Par conséquent, des agents capables d'apprendre à s'attaquer à des domaines aussi incertains et complexes de ce monde réel sont nécessaires. Sur la base de cette observation, l'objectif de cette thèse est d'étudier les contraintes incertaines des systèmes de blockchain et de proposer une approche décisionnelle d'apprentissage par renforcement en profondeur basée sur tous les agents, de sorte que les agents apprendront à coopérer dans un environnement multi-agents en blockchain. systèmes et apprendre continuellement les contraintes incertaines.

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Conception et fabrication de composants à base d'alliage de GeSn pour la détection de gaz

Département d'Optronique (LETI)

Laboratoire des Capteurs Optiques

école d'ingénieur ou master en physique fondamentale, physique du solide, optique, optoélectronique ou photonique.

01-10-2020

SL-DRT-20-0776

vincent.reboud@cea.fr

Photonique, imageurs et écrans (.pdf)

Au sein du Département Optique et Photonique, le Laboratoire de Capteur Optique est un leader mondial dans le développement et la fabrication de composants photoniques Silicium (ou CMOS) pour la détection de gaz dans l'infra-rouge. La photonique sur silicium avec des circuits intégrés CMOS offre des capacités en rupture. Ces circuits optiques donnent la possibilité de mesurer l'environnement extérieur tout en permettant une miniaturisation à l'échelle micrométrique. Aucune source lumineuse intégrée CMOS n'existe actuellement malgré les énormes efforts de la communauté depuis plusieurs années. Afin de contourner ces lacunes, l'industrie aujourd'hui développe des solutions de rechanges comprenant le collage de matériaux III-V. De nombreux défis existent pour réaliser l'hybridation hétérogène de lasers III-V afin de fournir des lasers pour la plateforme photonique silicium moyen infra-rouge. D'autres voies à base de Germanium sont en train d'émerger suite aux premières démonstrations de l'effet laser. Ces nouvelles voies pourront mener à la création d'une plateforme photonique Germanium/Silicium compatible CMOS. Dans ce cadre, les équipes du CEA font actuellement partis des quelques leaders mondiaux ayant démontré un effet laser à basse température dans des cavités optiques en GeSn à très forte concentration de Sn. L'enjeu actuel est maintenant d'améliorer la qualité des matériaux, d'induire des contraintes dans ces matériaux pour contrôler leurs diagrammes de bandes afin d'augmenter la plage en température de fonctionnement laser, d'injecter et de confiner efficacement les porteurs dans les hétérostructures. Les composants développés pourraient être dédiés à des applications dans le domaine des capteurs infrarouges et dans le domaine des communications optiques sur puces pour permettre de dépasser les limitations des interconnections métalliques entre, par exemple, processeurs / mémoires.

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Fabrication de structures asymétriques 3D appliquée à la mise en forme de lumière visible

Département des Plateformes Technologiques (LETI)

Laboratoire Gravure

Master 2 et/ou Ecole ingénieur sciences des matériaux, optique

01-09-2020

SL-DRT-20-0781

slandis@cea.fr

Matériaux et procédés émergents pour les nanotechnologies et la microélectronique (.pdf)

L'introduction de la réalité augmentée, en particulier sur des systèmes optiques portatifs tels que les lunettes, nécessitent la fabrication de réseaux de diffractions spécifiques permettant de générer des images immersives dans un volume très restreints. Une de leurs spécificités est qu'ils présentent une géométrie dissymétriques (flancs inclinés) les rendant tout particulièrement compliqués à fabriquer avec les procédés standards utilisés pour les micro systèmes et la microélectronique.

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Développement d'un framework pour la qualification / certification de systèmes basés sur l'IA

Département Ingénierie Logiciels et Systèmes (LIST)

Labo.conception des système embarqués et autonomes

MsC in software engineering, computer science or a closely related topic

01-04-2020

SL-DRT-20-0790

morayo.adedjouma@cea.fr

Data intelligence dont Intelligence Artificielle (.pdf)

Le sujet de thèse ouvert est lié à la qualification / certification de systèmes autonomes qui utilisaient des composants d'Intelligence Artificielle(IA) au moment de l'exploitation. Actuellement, pour les systèmes non autonomes, la sécurité est évaluée avant le déploiement du système et les résultats de l'évaluation sont compilés dans un dossier de sécurité (assurance case) qui reste valable toute la vie du système. Pour les systèmes basés sur l'IA, de tels régimes réglementaires ne sont pas adéquats car le système peut afficher un nouveau comportement face à des situations inconnues pendant le fonctionnement. L'objectif de la thèse est de développer des stratégies de définition incrémentielle (dynamiques) de dossier de sécurité et une approche de certification continue, dans le but de démontrer qu'un système utilisant des composants d'IA peut encore être en sécurité quand il adapte son comportement en cours de fonctionnement. Les résultats de la thèse seront évalués sur un certain nombre d'applications et de scénarios basés sur l'IA et pertinents pour l'industrie.

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Informatique quantique pour applications logistiques et industrielles

Département Ingénierie Logiciels et Systèmes (LIST)

Labo. ingénierie des langages exécutables et optimisation

Master / Computer Science Engineering / Mathematics

01-03-2020

SL-DRT-20-0791

flroian.noyrit@cea.fr

Nouveaux paradigmes de calculs, circuits et technologies, dont le quantique (.pdf)

L'informatique quantique semble prometteuse pour résoudre des problèmes algorithmiques que l'informatique classique ne peut résoudre en raison de leur complexité. Cependant, malgré ses promesses et le développement récent des technologies quantiques, les applications industrielles de l'informatique quantique sont jusqu'à présent limitées. Néanmoins, les développements récents de certains algorithmes quantiques (par exemple, Variational Quantum Eigensolver [1], Quantum Approximate Optimization Algorithm [2]), fonctionnant sur des dispositifs existants ou à venir (NISQ - Noisy Intermediate-Scale Quantum) [3], suggèrent de nombreuses opportunités pour des applications à court/moyen terme pour résoudre certains problèmes d'optimisation. La logistique et l'ingénierie industrielle sont des domaines d'application qui proposent des problèmes d'optimisation (ordonnancement, planification, routage?) complexes à résoudre par algorithmique classique. Certaines analyses théoriques et expériences préliminaires [4] ont déjà permis d'identifier des pistes d'applications viables pour les techniques d'informatique quantique. Toutefois, comme il s'agit d'un sujet de recherche vivant, les connaissances sur ces sujets sont dispersées, instables (de nouveaux algorithmes sont proposés fréquemment), parfois spéculatives et pas encore généralisées. Nous proposons donc d'explorer l'application des techniques récentes d'informatique quantique (notamment les algorithmes hybrides et compatibles NISQ) à certains problèmes d'optimisation issus de nos projets industriels. Les objectifs de ce travail de recherche seront les suivants: ? Sélectionner des problèmes d'optimisation pertinents parmi nos projets en cours ou passés dans les domaines de la logistique et de l'ingénierie industrielle. ? Sélectionner des algorithmes quantiques applicables à ces problèmes à partir de l'état de l'art et la pratique et les mettre en ?uvre. ? Adopter ou concevoir un cadre d'analyse comparative qui puisse évoluer avec les progrès dans le domaine de l'optimisation basée sur l'informatique quantique : optimisation en temps de calcul, taille des problèmes, dimension de la machine, ... ? Evaluer la viabilité technique à travers des expériences concrètes. L'évaluation visera notamment à analyser les facteurs d'applicabilité tels que les propriétés de convergence des algorithmes, l'impact de la formulation du problème sur l'efficacité, l'influence de l'architecture matérielle. Plus généralement, l'évaluation doit donner des indications sur les seuils qualitatifs ou quantitatifs (nombre de qubits [5], connectivité, bruit?) qui rendent l'algorithme viable sur les périphériques NISQ (existants ou à venir). ? Proposer et développer des solutions pour rendre viable les algorithmes. Par exemple en adaptant ou étendant les algorithmes, en proposant des réécritures des formulations des problèmes, en mettant en ?uvre un flot de compilation particulier, en adaptant l'architecture de la plateforme d'exécution... Ce travail implique l'accès à des dispositifs d'informatique quantique réels ou émulés pour exécuter les expériences. Des expériences devraient être menées sur diverses plates-formes. [1] A variational eigenvalue solver on a photonic quantum processor, Peruzzo et Al., 2013 [2] A Quantum Approximate Optimization Algorithm, Edward Farhi and Jeffrey Goldstone and Sam Gutmann, 2014 [3] Quantum Computing in the NISQ era and beyond, John Preskill, 2018 [4] Quantum Computing Algorithms for optimised Planning & Scheduling (QCAPS), Dr Roberto Desimone et Al. 2019 [5] Guerreschi, G. G., & Matsuura, A. Y. (2019). QAOA for Max-Cut requires hundreds of qubits for quantum speed-up. Scientific reports, 9(1), 6903. On attend du candidat des connaissances dans un ou plusieurs des domaines suivants : ? Information et calcul quantique ? Optimisation combinatoire ? Algèbre linéaire ? Complexité algorithmique

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Apprentissage par Transfert et Transport Optimal appliqués au pilotage de procédés de fabrication additive

Département Métrologie Instrumentation et Information (LIST)

Laboratoire Science des Données et de la Décision

Master 2 ou Diplôme d'ingénieur en Maths Appliquées, Data Sciences, Traitement du Signal

01-10-2020

SL-DRT-20-0792

fred-maurice.ngole-mboula@cea.fr

Data intelligence dont Intelligence Artificielle (.pdf)

Le but de cette thèse est d'explorer les apports possibles du transport optimal au domaine de l'apprentissage automatique qu'est l'apprentissage par transfert selon trois axes : - la construction d'un critère de transférabilité de la connaissance entre une tâche source et une tâche cible à partir d'une caractérisation de la régularité du plan de transport optimal entre les distributions des données associées aux tâches source et cible ; - l'intégration d'a priori sur la similarité des tâches via la métrique de "terrain" utilisée pour calculer le plan de transport optimal entre les distributions des données associées aux tâches source et cible ; - l'application du barycentre de Wasserstein à l'apprentissage multi-tâches. Ces travaux pourront s'appliquer à différents problèmes pratiques ayant fait l'objet de travaux au sein du laboratoire, notamment la fabrication additive. Une version plus détaillée du sujet de thèse est consultable via le lien suivant : https://drive.google.com/file/d/1TmoIYeK9RKRWV7aHFGeqY48tpobuBJeB/view?usp=sharing

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Etude des Propriétes Thermiques de matériaux intégrés dans des mémoires à changement de phase: vers une optimisation thermique des dispositifs

Département Composants Silicium (LETI)

Laboratoire de Composants Mémoires

M2 Physique

01-09-2020

SL-DRT-20-0796

marie-claire.cyrille@cea.fr

Matériaux et procédés émergents pour les nanotechnologies et la microélectronique (.pdf)

Les mémoires à changement de phase (PCM) sont aujourdhui considérées ?matures' et sont maintenant proposées par ST Microelectronics pour leurs microcontrolleurs pour applications automobiles. Le matériau chalcogénure de référence utilisé (à base de GeSbTe) a été choisi pour sa stabilité thermique mais il est gourmand en énergie (lent à cristalliser). L'optimisation thermique des matériaux intégrés dans des cellules mémoires est LA voie qui permettra la réduction des courants de programmation. Le but de cette thèse est de caractériser en température les matériaux chalcogénures et diélectriques utilisés dans l' intégration d'une mémoire PCM et de proposer des matériaux innovants qui permettront une optimisation thermique des cellules. La thèse se fera en collaboration avec l' Institut de Mécanique et d'Ingénierie de l'université de Bordeaux, pionnière et reconnue pour le développement et la mise au point de techniques radiométriques pour la mesures de conductivité thermique de couches minces et de résistance d'interface entre matériaux: modulated photothermal radiometry (MPTR); periodic pulse radiometry (PPTR); modulated scanning thermal microscopy (SThM).

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Modulation optique de phase par effet Pockels dans le Silicium contraint

Département d'Optronique (LETI)

Laboratoire d'Intégration Photonique sur Silicium

Bac+5 Master/Ingénieur en physique du semi-conducteur, matériaux, photonique

01-09-2020

SL-DRT-20-0798

leopold.virot@cea.fr

Photonique, imageurs et écrans (.pdf)

L'utilisation du silicium pour la photonique a été identifiée comme un moyen de surmonter les limitations des interconnexions et de leur efficacité, mais aussi comme une plateforme versatile pouvant adresser les nouvelles problématiques rencontrées dans les applications de type Lidar et photonique quantique. Cependant, la possibilité d'effectuer une modulation optique rapide en phase pure n'a pas été adressée. Le silicium étant un matériau centrosymétrique, il ne présente pas de non-linéarités optiques du second ordre (aucun effet Pockels et aucune conversion de longueur d'onde). Néanmoins il a été démontré théoriquement et expérimentalement qu'en appliquant une contrainte mécanique dans le silicium, sa centrosymétrie peut être brisée, conduisant à présenter de telles non-linéarités du second ordre. Des preuves de concept récentes ont été démontrées avec une modulation à 20 GHz basée sur l'utilisation de couches de contrainte en nitrure de silicium déposées par PECVD sur du silicium. L'objectif de cette thèse sera d'améliorer l'effet Pockels dans des guides d'onde Silicium et atteindre des performances proches de ce qui peut être obtenu avec le LiNbO3. Cette activité de recherche inclura une étude théorique fine des phénomènes mis en jeu et comment les contrôler, ainsi que des simulations électro-optiques afin d'évaluer les performances de ces dispositifs et optimiser le recouvrement entre le champ de contrainte et le mode optique dans le guide d'onde ; La conception et la fabrication de modulateurs de phase optimisés pour maximiser l'effet Pockels dans les guides d'onde silicium ; des caractérisations en DC et RF de composants opto-électroniques basé sur les non-linéarités du second ordre (effet Pockels).

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Simulation des défauts de fabrication des cellules des piles à combustible PEMFC

Département de l'Electricité et de l'Hydrogène pour les Transports (LITEN)

Laboratoire Modélisation multi-échelle et suivi Performance

Master 2 informatique, physique

01-10-2020

SL-DRT-20-0799

pascal.schott@cea.fr

Solutions avancées pour l?hydrogène et les piles à combustible pour la transition énergétique (.pdf)

La diminution du coût des piles PEMFC reste encore un des principaux objectifs pour atteindre une commercialisation importante de cette nouvelle technologie pour la transition énergétique. La fabrication des assemblages membrane électrode (AME) doit également être optimisé pour atteindre des larges volumes de fabrication avec une haute qualité. Des outils de diagnostics en ligne développés par le NREL (National Renewable Energy Laboratory), permettent d'évaluer la qualité de la fabrication des électrodes. Ces méthodes permettent de détecter les défauts et irrégularités dans les électrodes fabriquées par des méthodes de type R2R (Roll-to-Roll). Néanmoins, ces méthodes ne permettent pas de comprendre l'impact de ces défauts et irrégularités sur la durée de vie des AME. L'objectif de cette thèse est d'améliorer la compréhension et la prédiction de la durée de vie sur des AME comportant des défauts ou des irrégularités, comme par exemple des trous ou des zones d'amincissement dans la membrane. La plateforme MUSES de modélisation multiphysique et multiéchelle du CEA sera couplée à des analyses statistiques sur la base de données des essais expérimentaux du NREL. En particulier les points suivant seront adressés par simulation : ? Impact des défauts (trous dans la membrane, dégradation du catalyseur, distribution non uniforme du catalyseur), sur les performances ; ? Impact des défauts sur la durée de vie ; ? Prédiction de la probabilité de défauts à partir d'une analyse de sensibilité des modèles et de la base expérimentale La thèse sera localisée au CEA Grenoble, avec plusieurs missions de plusieurs mois au NREL, au Colarado USA, à prévoir.

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Étude du vieillissement des cellules solaires à base de pérovskites dans les environnements spatiaux : mécanisme de dégradation de l'absorbeur et optimisation des dispositifs

Département des Technologies Solaires (LITEN)

Laboratoire Photovoltaïque à Concentration

Master de Recherche matériaux et/ou physique des particules

01-10-2020

SL-DRT-20-0800

romain.cariou@cea.fr

Energie solaire pour la transition énergétique (.pdf)

Au cours des dernières décennies, le développement de cellules photovoltaïques de technologies alternatives au silicium cristallin a progressé selon deux axes : les couches minces inorganique (e.g. CdTe, CIGS) et les couches organiques. Jusqu'à très récemment, il n'existait pas de matériaux semi-conducteurs qui pouvaient à la fois être traités à basse température par voie humide et offrir des rendements suffisants pour concurrencer les technologies à base de silicium. Pourtant, en 2012, plusieurs travaux ont montré que la pérovskite d'halogénure métallique à base de plomb (ABX3, CH3NH3PbI3) pouvait répondre à toutes ces exigences [1]. Depuis, ces matériaux et dispositifs ont attiré un nombre considérable de recherches et le rendement de conversion a explosé [2]. Des performances record de plus de 25 % de rendement dans la configuration simple jonction sont désormais atteintes et des progrès constants ont été réalisés pour accroître la stabilité et la mise à l'échelle processus [3]. De plus, de par leurs excellentes propriétés d'absorption, les cellules solaires en pérovskite sont très minces par nature (< 1 µm de matériau photo-actif) et peuvent donc atteindre une puissance spécifique très élevée (< 20 W/g) [4] ; cela correspond à une augmentation de plus d'un ordre de grandeur par rapport à celle des cellules en silicium à couche mince ou des cellules flexibles en GaAs à simple jonction. Des études récentes ont également montré l'excellente résilience de ce type de matériau photovoltaïque face à certains flux de particules chargées représentatifs de l'environnement spatial [5]. Grâce à leur puissance spécifique et à leur tenue aux radiations élevées, et à leur procédés de fabrication bas coût, les cellules pérovskites peuvent changer la donne pour les applications photovoltaïques spatiales pour lesquelles les triples jonctions III-V, massives et coûteuses, sont la norme depuis ~ 20 ans. Dans cette optique, la compréhension des mécanismes de dégradation déclenchés par les conditions spatiales - particules chargées, photons UV profonds et cycles de température - est d'une importance primordiale pour identifier les matériaux et l'architecture des dispositifs qui offrent des performances élevées en fin de vie. Les principaux objectifs de ce doctorat seront alors de : - Comprendre le mécanisme de dégradation des matériaux pérovskites et des dispositifs associés dans l'environnement spatial - Ajuster les compositions de pérovskite pour optimiser leur comportement (efficacité et stabilité) dans de telles conditions - Développer des dispositifs spécifiques (par exemple, des matériaux et des architectures) pour maintenir une densité de puissance élevée jusqu'à leur fin de vie. Pour atteindre ces objectifs, ce travail de doctorat passera par des étapes définies : revue bibliographique, fabrication et caractérisation de cellules solaires, vieillissement des matériaux/dispositifs dans les conditions représentatives spatiales et caractérisation des propriétés finales. Ces étapes peuvent être appliquées de manière itératives. Ce travail de thèse expérimental sera mené sur les installations du CEA-INES (Le Bourget du Lac, FR) et de l'ONERA (Toulouse, FR). Références: 1 M.M. Lee et al., Science 338, 643 (2012). 2 M.A. Green et al., Prog. Photovolt. Res. Appl. 28, 3 (2020). 3 A. Extance, Nature 570, 429 (2019). 4 M. Kaltenbrunner et al., Nat. Mater. 14, 1032 (2015). 5 F. Lang et al., Adv. Mater. 28, 8726 (2016).

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Développement d'un simulateur d'électrolyseur alcalin à membrane polymère échangeuse d'anions.

Département de l'Electricité et de l'Hydrogène pour les Transports (LITEN)

Laboratoire Modélisation multi-échelle et suivi Performance

Master 2 modélisation et simulation numérique

01-10-2020

SL-DRT-20-0801

gserre@cea.fr

Solutions avancées pour l?hydrogène et les piles à combustible pour la transition énergétique (.pdf)

Les systèmes alcalins à membrane polymère échangeuse d'anions (AEM) connaissent un intérêt croissant car ils ont les avantages cumulés des systèmes alcalins et des systèmes PEM (à membrane échangeuse de protons) sans leurs inconvénients : pas besoin de platine comme catalyseur, électrolyte polymère au lieu de diaphragme, pas besoin de solution KOH, pas de problème induit par l'acidité. Ces systèmes nécessitent cependant un effort de recherche significatif avant d'atteindre la maturité industrielle. Pour aborder cette thématique des systèmes alcalins AEM, on se propose de développer un simulateur de fonctionnement normal et dégradé des électrolyseurs alcalins. Cet outil sera le réceptacle de tous les modèles physico-chimiques disponibles et à venir pour cette technologie. En pratique, le labo dispose déjà d'un code multiphysique sous Matlab/Simulink pour les électrolyseurs PEM. Il faudra adapter ce code aux électrolyseurs AEM en changeant les modèles physico-chimiques de performance (fonctionnement normal) et en ajoutant ceux pour la dégradation. Cela nécessitera d'analyser les modèles existants dans la littérature et de développer ceux qui n'existent pas ou sont insuffisants en se basant sur des résultats d'expériences qui auront lieu dans le même temps dans un laboratoire voisin. Cette thèse visera à développer le code d'abord pour qu'il soit capable de simuler les performances dans différentes conditions opératoires puis qu'il puisse simuler la dégradation de ces performances au cours du temps en fonction des paramètres influençant différents types de dégradation (membrane?). Le candidat devra avoir des compétences en modélisation et simulation numérique, ainsi qu'en physico-chimie et savoir échanger avec les personnes qui feront les essais servant à développer/valider de nouveaux modèles.

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Capteurs télé-alimentés et interrogeables à distance

Département Composants Silicium (LETI)

Laboratoire Composants Micro-Capteurs

Systèmes embarqués - Systèmes de communication radiofréquences - Mécanique

01-09-2020

SL-DRT-20-0803

patrice.rey@cea.fr

Systèmes cyberphysiques - capteurs et actionneurs (.pdf)

Le besoin de capteurs interrogeables à distance permet d'envisager de nouvelles applications aussi bien en aéronautique (le monitoring d'aile d'avion, pales de turbine), l'énergie (mesures sur des dispositifs tournants), le génie civil (surveillance d'ouvrage) que des applications grand public comme les écrans, la santé (patch médical) et également les domaines de la sécurité et de la défense. Pour ces derniers secteurs, on pourra souligner l'intérêt de ce type de capteurs télé-alimentés et interrogeables à distance, dans toutes les situations où un capteur doit être placé dans un endroit difficile d'accès, où le capteur peut être enfoui, dans les situations où il ne peut pas embarquer une puce électronique ou une batterie (haute température, ambiance explosive, etc?), où il ne peut être relié électriquement à l'extérieur (machine tournante, exiguïté, etc?). La technologie « M&NEMS » développée par le CEA-LETI pour le domaine des capteurs peut permettre de répondre à ce besoin de miniaturisation extrême, d'ultra-basse consommation, de hautes performances et de bas coût. Par ailleurs, le CEA-LETI travaille également sur des capteurs passifs à transduction électromagnétique intégrant une antenne miniature, capteurs qui présentent un très fort intérêt pour être lus à distance par une antenne interrogatrice. Ce type de capteur couplé à une antenne sans circuit électronique peut également permettre d'augmenter la distance d'interrogation entre le lecteur et le capteur télé-alimenté, par rapport aux tags de type RFID qui nécessité de l'énergie pour réveiller le circuit. Le défi consiste à coupler et intégrer ces capteurs silicium avec une architecture d'antenne (co-design). Le travail consistera à concevoir et fabriquer des systèmes capteur-antenne en étudiant conjointement chacun des deux composants de manière à optimiser le couplage en téléalimentation et télétransmission. Ceci nécessitera une interaction étroite entre la conception du capteur et de l'antenne. Plusieurs types de capteurs fonctionnant en mode statique ou en mode résonnant pourront être étudiés. Pour réaliser ce travail multidisciplinaire, le doctorant s'appuiera sur les expertises et les moyens de plusieurs laboratoires du CEA-LETI: les laboratoires « Capteurs » (LCMC), « Tests/Fiabilité » (LCFC) du Département des Composants Silicium et également sur le laboratoire « Antenne, Propagation et Couplage Inductif » (LAPCI) du Département « Système ainsi que sur une plateforme technologique pour la fabrication du capteur. Il pourra collaborer avec d'autres doctorants impliqués sur cette thématique, notamment pour la partie conception de l'antenne adaptée.

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Développement d'une méthode innovante de détermination des propriétés thermomécaniques des couches minces. Application à la conception et à la fabrication d'un dispositif microélectronique

Département des Plateformes Technologiques (LETI)

Laboratoire Propriétés des Matériaux et Structures

Ingénieur ou master 2 mécanique et/ou matériaux

01-10-2020

SL-DRT-20-0804

lionel.vignoud@cea.fr

Matériaux et procédés émergents pour les nanotechnologies et la microélectronique (.pdf)

Cadre et contexte : la conception et la fabrication des dispositifs microélectroniques nécessitent de connaître l'évolution des propriétés thermomécaniques des matériaux constitutifs des composants. A partir de mesures expérimentales, de traitement des données (MATLAB) et d'outils de simulation, nous proposons de développer une méthode innovante d'identification du module E et du coefficient de dilatation thermique a des couches minces. Nous appliquerons ces travaux à la fabrication d'un dispositif microélectronique. Travail demandé : le doctorant venant d'une formation ingénieur ou master 2 mécanique et/ou matériaux, sera formé et devra maîtriser à la fois les techniques de mesures expérimentales utilisées pour caractériser les matériaux (en environnement salle blanche) et les outils d'analyse, de dépouillement et de calcul que nous utiliserons dans le cadre de cette étude. Il travaillera sur la conception, la fabrication et la fiabilisation de dispositifs microélectroniques avec différentes équipes du LETI et d'ST Microélectronique. L'objectif est de limiter la déformation des composants, d'optimiser les étapes de fabrication et enfin, de fiabiliser les dispositifs.

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µ-LEDs à base de semiconducteurs nitrures d'orientation semi-polaire

Département d'Optronique (LETI)

Laboratoire des Composants Emissifs

M2 ou Ecole d'ingénieur sciences des matériaux

01-09-2020

SL-DRT-20-0813

fabian.rol@cea.fr

Photonique, imageurs et écrans (.pdf)

Les microLEDs a base de GaN sont en passe de révolutionner le domaine des écrans, aussi bien pour réaliser les microécrans ultra lumineux pour les applications réalité augmentée, que pour des écrans de grande taille aux qualités d'image inégalées. Les LEDs bleues à base de semi-conducteurs nitrures sont de bonne efficacité, mais il n'en est pas de même pour le vert mais surtout le rouge, pour lesquelles l'efficacité quantique externe n'est que de quelques %. Les raisons en sont principalement les modes de mise en ?uvre actuels, qui induisent de fort champs de polarisation et de nombreux défauts cristallins. Nous nous proposons d'utiliser une approche novatrice de croissance du GaN qui permettra au final de réaliser des micro-LEDs de meilleure efficacité, dans le bleu, le vert mais surtout le rouge. L'objectif de la thèse est d?une part de travailler sur les conditions de croissance, afin d'obtenir des couches LED épitaxiées bleue, vert et rouge avec une meilleure qualité cristalline. Mais l'objectif est aussi de réaliser et de caractériser des microleds afin de vérifier l'amélioration jusqu'à l'échelle du composant.

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Fonctionnalisation antimicrobienne de nanostructures par dépôt chimique phase vapeur par polymérisation amorcée in situ

Département Microtechnologies pour la Biologie et la Santé (LETI)

Laboratoire Chimie, Capteurs et Biomatériaux

M2 chimie des matériaux, chimie des polymères

01-10-2020

SL-DRT-20-0814

guillaume.nonglaton@cea.fr

Technologies pour la santé et l?environnement, dispositifs médicaux (.pdf)

La réalisation de surfaces antimicrobiennes et limitant l'encrassement biologique (ou antibiofouling), sans antibiotique et sans nanoparticules par chimie verte est toujours un challenge malgré les besoins d'un nombre croissant d'applications notamment dans le domaine hospitalier et plus précisément pour les dispositifs médicaux implantés. Le nombre de patient infectés chaque année par des maladies nosocomiales est toujours trop important et les infections liées aux dispositifs médicaux implantés restent un problème encore non résolu. La limite des solutions actuelles est leur durée de vie très faible et leur encrassement rapide par génération de biofilm. Des revêtements bio-inspirés constitués de polymères portant des fonctions antimicrobiennes, antibiofouling ou commutables sont de plus en plus étudiés par la communauté scientifique. Mais ces revêtements sont encore difficilement réalisables par chimie verte sur des surfaces structurées par les techniques de dépôt conventionnelles. Le dépôt chimique en phase vapeur par polymérisation amorcée in situ ou initiated Chemical Vapor Deposition (iCVD) est une technique originale permettant de réaliser des revêtements de surface polymériques sur des surfaces micro structurées tout en conservant les fonctions chimiques des polymères. L'objectif de cette thèse est d'étudier la faisabilité du dépôt par iCVD de polymères bioinspirés ayant une double fonction commutable antimicrobienne et antibiofouling sur des nanostructures. Le candidat recherché devra avoir un profil d'ingénieur chimie des matériaux, polymériste (microbiologie serait un plus) avec M2 Chimie des matériaux, chimie des polymères appliqué au domaine de la santé.

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Optimisation d'un procédé de synthèse d'hydrocarbures liquides à partir d'un syngaz ex-biomasse et d'une source d'hydrogène renouvelable

Département Thermique Biomasse et Hydrogène (LITEN)

Laboratoire Echangeurs et Réacteurs

Génie des procédés / Génie Chimique

01-10-2020

SL-DRT-20-0815

genevieve.geffraye@cea.fr

Energie verte et/ou décarbonnée dont bioprocédés et valorisation des déchets (.pdf)

Les procédés « Biomass-to-liquid » visant une gazéification de biomasse en syngaz (mélange mélange CO+CO2+H2) puis une transformation de ce syngaz par une synthèse Fischer-Tropsch visant la production de différents carburants (kérosène, diesel, gasoil marin) connaissent un essor ces 20 dernières années. Plusieurs démonstrateurs ont été développés, notamment en Europe. Cependant, le trop faible ratio H/C du syngaz résultant de la gazéification nécessite une recirculation voire le rejet du CO2 en sortie du procédé ce qui complexifie les séparations et a un impact négatif sur la valorisation du carbone biosourcé. Récemment, la possibilité d'effectuer en parallèle la réaction de Reverse Water Gas Shift (RWGS) et la réaction de Fischer-Tropsch (FT) à l'aide de catalyseurs au fer promus par du potassium a été démontrée (Riedel, 1999) et reproduite dans le cadre d'une thèse CEA (Panzone, 2019). Elle ouvre de nouveaux potentiels pour valoriser au mieux l'ensemble du contenu carboné de la biomasse à condition de compléter le syngaz par un apport d'hydrogène issu d'électricité renouvelable. L'objectif de la thèse se concentre sur la synthèse FT en régime dynamique. Il s'agit de réaliser expérimentalement cette synthèse catalytique (FT) dans un réacteur à lit fixe soumis à des variations dynamiques de compositions (teneurs variables en CO2, CO, H2, CH4 ?) et de débits de syngaz en entrée. Puis de comprendre et de modéliser le comportement d'un réacteur à lit-fixe (modélisations cinétiques, thermiques et fluidiques par l'utilisation de l'outil COMSOL) lors de ces variations.

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Dopage de couches minces de SiGe par recuit laser nanoseconde : Amélioration des procédés, caractérisation et simulation numérique

Département des Plateformes Technologiques (LETI)

Laboratoire

Ingénieur ou Master2 en physique des semiconducteurs ou science des matériaux

01-04-2020

SL-DRT-20-0817

sebastien.kerdiles@cea.fr

Matériaux et procédés émergents pour les nanotechnologies et la microélectronique (.pdf)

Le CEA-LETI a récemment installé dans ses salles blanches un équipement de recuit par faisceau laser ultraviolet d'impulsion de quelques dizaines de nanosecondes. Ce traitement thermique novateur est capable d'atteindre de très hautes températures pendant des durées extrêmement courtes si bien que l'échauffement est limité à quelques centaines de nanomètres de profondeur. En raison de ces caractéristiques exceptionnelles, ce procédé par laser nanoseconde est pressenti comme la prochaine génération de recuit en microélectronique avec de fortes retombées attendues sur la fabrication de composants CMOS avancés, de mémoires ou encore de microsystèmes (MEMS). Dans le cadre d'un programme européen de recherche (MUNDFAB, avec des laboratoires partenaires basés en Allemagne, en Autriche, en Italie et en Pologne), le CEA-LETI et le CNRS-LAAS proposent conjointement un travail de thèse visant à développer, optimiser et simuler des procédés de dopage de films minces de SiGe par recuit laser nanoseconde. Pour atteindre cet objectif, le doctorant combinera de l'expérimentation en salle blanche, des caractérisations électriques physico-chimiques et structurales ainsi que des simulations numériques multi-physiques. Ce travail de recherche sera focalisé en particulier sur l'étude de l'activation de dopants introduits dans les couches minces directement lors de leur épitaxie ou par implantation ionique, y compris pour de très fortes concentrations et de très faibles épaisseurs. Le doctorant sera amené à identifier les limites du recuit laser nanoseconde. Des solutions technologiques seront recherchées pour maîtriser notamment la qualité cristalline des films soumis au recuit laser nanoseconde, la ségrégation des dopants et du germanium ainsi que la rugosité de surface. Ayant des bases solides en physique des semi-conducteurs, en science des matériaux et en microélectronique, le futur doctorant devra aimer le travail en équipe, être rigoureux et créatif, et enfin avoir l'esprit de synthèse.

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Etude du phénomène de Lithium-plating : Caractérisation operando et simulation du phénomène

Département de l'Electricité et de l'Hydrogène pour les Transports (LITEN)

Laboratoire Analyse électrochimique et Post mortem

Physique

01-09-2020

SL-DRT-20-0818

sylvie.genies@cea.fr

Stockage électrochimique d?énergie dont les batteries pour la transition énergétique (.pdf)

Cette thèse s'inscrira dans le cadre du programme FOCUS « Simulation multi-échelle des batteries appliquée au matériaux d'électrodes ». Au sein d'un pack de véhicules électriques, les batteries Lithium-ion doivent pouvoir accepter des charges rapides, même à basse température. Or en charge, la formation de lithium sous forme métallique à la surface de l'électrode négative à base de graphite, ou d'un mélange graphite et silicium, peut survenir et accélérer la perte de la capacité de la batterie et donc l'autonomie du véhicule. L'étude de ce phénomène connu sous le nom de Lithium-plating est donc un axe clé qui permettrait d'envisager une prolongation de la durée de vie des batteries. Etant un phénomène apparaissant sous courant, il est nécessaire de disposer de méthodes expérimentales operando afin de pouvoir le caractériser en temps réel et d'étudier sa cinétique en fonctions des conditions locales au sein de l'électrode négative. L'objectif de la thèse est d'étudier ce phénomène de Lithium-plating en couplant les tests électrochimiques et la technique de RMN du lithium. En effet, cette technique permet d'identifier l'environnement électronique du lithium, soit métallique, à l'état oxydé ou intercalée au sein de la matrice carbonée et d'en donner une quantification. Ces données operando permettront d'alimenter et de valider un modèle multi-physique à l'échelle de l'électrode, développé dans le cadre d'une précédente thèse. Une fois validé, l'outil de simulation sera utilisé pour faire varier l'ensemble des paramètres influents afin d'optimiser le design des électrodes, en particulier pour les électrodes négatives contentant du silicium, et fournir des recommandations afin de développer des algorithmes de charge innovants et ainsi gagner en durée de vie des batteries.

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analyse biophysique des exosomes pour le diagnostic et la médecine de précision

Département Microtechnologies pour la Biologie et la Santé (LETI)

Laboratoire Chimie, Capteurs et Biomatériaux

Master 2 ingénierie,instrumentation, biologie

01-10-2020

SL-DRT-20-0819

vincent.agache@cea.fr

Technologies pour la santé et l?environnement, dispositifs médicaux (.pdf)

Le cancer est la deuxième cause de mortalité en Europe avec environ 1,3 million de décès en 2015. Dans cette thèse, nous proposons un nouveau paradigme pour la biopsie liquide du cancer, basé sur la mesure des propriétés biophysiques des exosomes. Des études récentes ont montré que les exosomes modulent les signaux de la transition épithélio-mésenchymateuse induite par l'hypoxie et des métastases, suggérant qu'ils pourraient constituer une nouvelle classe de biomarqueurs du cancer directement accessibles dans les fluides corporels. Il existe de plus en plus de preuves du lien biophysique spécifique entre les exosomes et leur cellule parentale. Cette thèse vise à développer et à mettre en ?uvre de nouvelles méthodes nanomécaniques et microfluidiques pour l'analyse des signatures biophysiques d'exosomes (dérivées de différentes lignées cellulaires, y compris des contrôles sains et des cellules cancéreuses) dans une perspective de diagnostic précoce du cancer et de médecine de précision.

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Nouvelles stratégies de fonctionnement et d'architectures pour l'optimisation des performances des systèmes PEMFC

Département de l'Electricité et de l'Hydrogène pour les Transports (LITEN)

Laboratoire Système Pemfc

Electrochimie, Genie des Procédés,Génie électrique

01-10-2020

SL-DRT-20-0820

fabrice.micoud@cea.fr

Solutions avancées pour l?hydrogène et les piles à combustible pour la transition énergétique (.pdf)

L'augmentation des performances électrochmiques et de la durée de vie des piles à combustible à membrane échangeuse de protons (PEMFC) est considérée comme un enjeu majeur pour le déploiement à grande échelle de cette technologie. Ce sujet de thèse a pour objectif de développer, de réaliser, d'étudier en détail les possibilités et les améliorations permises par de nouvelles architectures et modes de fonctionnement de systèmes PEMFC. Il s'agira de quantifier les gains en termes de pilotage, de puissance/rendement électrique et de durabilité sur banc de test (fonctionnement « modèle contrôlé ») et sur banc système. La finalité de ces travaux est : i) de consolider nos connaissances des mécanismes et des cinétiques de dégradations au sein des PEMFC ; ii) de valider expérimentalement en laboratoire nos innovations en termes d'architectures système en les alliant avec un contrôle-commande et un système de monitoring robustes et iii) d'améliorer les performances électrochimiques et d'avoir la meilleure gestion pour atteindre le rendement optimal du système pile.

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Effet du dopage et du confinement sur la formation de siliciures de titane par recuit laser nanoseconde. Application aux contacts pour imageurs avancés

Département des Plateformes Technologiques (LETI)

Laboratoire

Ingénieur ou Master2 en physique des semiconducteurs ou science des matériaux

01-09-2020

SL-DRT-20-0821

sebastien.kerdiles@cea.fr

Matériaux et procédés émergents pour les nanotechnologies et la microélectronique (.pdf)

Les technologies imageurs basées sur des composants silicium sont très présentes dans différentes applications de la vie quotidienne comme la téléphonie, la détection et l'automobile. De nombreuses améliorations technologiques ont permis une diversification accrue de ces composants et un essor de leur utilisation. Aujourd'hui, dans les zones du capteur optique, dite pixel, les prises de contact sur le substrat dopé sont réalisées par l'intermédiaire d'un siliciure de Ti, TiSi. La formation de ces contacts est basée sur une intégration dite « salicide last » c'est-à-dire que la siliciuration, réaction en phase solide entre un métal et le substrat de Si, se fait après les étapes de photolithographies pour réaliser le plot de contact. La résistance de ces « contacts TiSi » est très élevée actuellement et présente une forte dispersion. Grâce à des développements récents, de fortes améliorations ont été démontrées en combinant des dépôts Ti/TiN optimisés et un nouveau traitement thermique disponible au LETI, le recuit laser nanoseconde. La thèse proposée vise à étoffer et comprendre ces bons résultats. Il s'agit d'une collaboration entre l'IM2NP (Institut Matériaux Microélectronique Nanosciences de Provence) à Marseille, le département des plateformes technologiques (DPFT) du CEA-LETI à Grenoble et le centre R&D de STMicroelectronics à Crolles. L'objectif principal de cette thèse est d'intégrer et d'optimiser ce type de procédés innovants pour les contacts TiSi des technologies imageurs avancées en cours de développement à STMicroelectronics Crolles. Un premier axe fort de la thèse consistera à étudier les effets du dopage et de la nature du substrat sur la formation de TiSi2. Des zones actives de type P+ et en silicium poly-cristallin seront notamment explorées à l'aide de mesures de résistance carrée, de diffraction de rayons X et de sonde atomique tomographique. Des conditions optimales de formation du contact en pleine plaque seront déterminées. Dans un second temps, l'impact du confinement spatial sera examiné à l'aide de plaques de production. Enfin, l'objectif est de proposer une intégration innovante sur des plaques de production avec le recuit laser nanoseconde combiné aux conditions optimales déterminées auparavant. Les véhicules tests feront l'objet de caractérisations électriques et optiques.

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Elaboration et caractérisation de cellules solaires tandems silicium / pérovskite en architecture inverse (PIN/PIN)

Département des Technologies Solaires (LITEN)

Laboratoire Modules Photovoltaïques Organiques

Master science des matériaux, physico-chimie, physique

01-09-2020

SL-DRT-20-0823

muriel.matheron@cea.fr

Energie solaire pour la transition énergétique (.pdf)

Les cellules solaires photovoltaïques tandems silicium/pérovskite sont une approche très prometteuse pour augmenter les rendements des cellules solaires photovoltaïques. La quasi-totalité des rendements records (jusqu'à 28%) pour les tandems 2T (2 terminaux : cellules en série) ont étés obtenus dans l'architecture PIN. Cette dernière permet de minimiser l'impact de l'absorption parasite liée à la plupart des couches P existantes et ouvre de nouvelles opportunités comme l'utilisation de silicium nano ou micro-cristallin, qui offrent des avantages en termes optiques. L'objectif de cette thèse sera de combiner les avancées sur les pérovskites simple jonction PIN et les jonctions tunnels (adaptées aux architectures PIN) développées au CEA-Liten dans ce cadre de deux précédentes thèses. Un focus important sera apporté sur la caractérisation avancée des couches et des tandems, afin d'identifier les limitations des dispositifs (mesures sous illumination variable et imagerie de photo et électroluminescence). Dans un premier temps, les architectures pérovskites PIN en simple jonction et les couches tunnel précédemment développées au CEA-Liten seront combinées et caractérisées. De nouvelles couches d'interconnection entre les deux sous-cellules seront envisagées, notamment par la modification chimique du silicium nano ou microcristallin pour minimiser l'épaisseur de la couche d'interconnection et faciliter l'intégration. Les caractérisations avancées appliquées à ces nouvelles structures devront permettre de conclure quant au bénéfice apporté par ces systèmes.

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Recyclage des polymères fluorés contenus dans les nouvelles technologies pour l'énergie (NTE)

Département des Technologies des NanoMatériaux (LITEN)

Laboratoire des Eco-procédés et EnVironnement

Master 2 sciences des matériaux, chimie

01-10-2019

SL-DRT-20-0825

emmanuel.billy@cea.fr

Energie verte et/ou décarbonnée dont bioprocédés et valorisation des déchets (.pdf)

Les polymères fluorés sont aujourd'hui très largement utilisés pour leur propriété de résistance mécanique et chimique et leur durabilité. Les polymères sont incontournables dans le champ des NTE comme les piles à combustible à membrane échangeuse de protons (membrane Nafion dans les PEMFC), les batteries (PVDF aux électrodes), ou les panneaux photovoltaïques (EVA à l'interface verre cellule). Avec l'avènement des technologies décarbonées la question du recyclage est devenue centrale pour la mise sur le marché de ces technologies. Historiquement, les procédés de recyclage ont été conçus pour le traitement de différentes technologies et le traitement de grands volumes. Ceci a conduit à la mise en place de procédés pyrométallurgiques (haute température) qui sont robustes, mais destructifs et non sélectifs. Dans un contexte contraint par les enjeux stratégique, législatif (taux de recyclage) et environnementaux, il est nécessaire de recycler « plus » et « mieux ». Cette thèse vise à la recherche de nouvelles voies humide ou sèche pour le traitement de composés fluorés. L'utilisation des liquides ioniques pour la solubilisation des polymères sera une voie privilégiée. Leurs propriétés physico-chimiques intrinsèques (pas ou très peu volatils, inflammables et durables), en font des candidats tout désignés pour surmonter les problématiques de sécurité et d'environnement. Le travail de thèse s'articulera en 3 volets. Dans un premier temps, un état de l'art sera réalisé pour l'évaluation des procédés conventionnels et des milieux pour le traitement des composés fluorés. L'état de l'art se resserrera sur les polymères fluorés utilisés dans le champ des nouvelles technologies pour l'énergie (NTE). Une seconde partie traitera de la chimie des polymères et des solvants pour satisfaire à la mise en solution et récupération des polymères par voie humide et sèche. Une troisième partie à caractère fondamental, visera à lier les résultats macroscopiques aux évolutions structurales des polymères.

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Méthodes de time-stepping non-régulières pour le contact frottant en présence de non-linéarités géométriques

Département Intelligence Ambiante et Systèmes Interactifs (LIST)

Laboratoire de Simulation Interactive

Master 2 en mathématiques appliquées et/ou analyse numérique

01-09-2020

SL-DRT-20-0826

xavier.merlhiot@cea.fr

Simulation numérique (.pdf)

La simulation de la dynamique des systèmes multi-corps avec contacts intermittents possède plusieurs domaine d'applications, allant de l'ingénierie de la conception de produits industriels (disjoncteurs, mécanismes d'horlogerie...) au développement de simulateurs temps-réel de systèmes complexes (robots télé-opérés évoluant en milieu hostile, levages offshore, prototypage de processus d'assemblage dans l'industrie manufacturière...) en passant par l'étude des milieux granulaires. Même si des méthodes numériques issues de la mécanique non-régulière permettent aujourd'hui d'aboutir globalement à des simulations robustes et performantes de tels systèmes, un certain nombre de cas d'application atteignent les limites des schémas actuels et des solveurs associés. Notamment, il est fréquent qu'il soit nécessaire d'invoquer des modèles de frottement sec au contact du type frottement de Coulomb, en présence d'inévitables non-linéarités dans la cinématique des contacts. En effet, ces non-linéarités peuvent provenir non seulement de la courbure des surfaces en contact, mais aussi de non-linéarités intrinsèques aux cinématiques de mouvement relatif des solides, en particulier en présence de grandes rotations. Cette thèse a pour objectif de dépasser les limites actuelles des méthodes numériques dans ce type de situation, en proposant de nouveaux schémas numériques ainsi que des solveurs adaptés aux contraintes applicatives. Dans ce sens, une attention particulière sera portée sur la robustesse des méthodes proposées (comportement énergétique, solvabilité des systèmes algébriques construits, etc.) ainsi que sur l'efficacité globale des méthodes (niveaux de performance atteignables, possibilités de parallélisation, applicabilité à des contextes de simulation temps-réel).

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Méthode de pré-dimensionnement de systèmes hybrides multi-sources avec loi de commande intégrée

Département de l'Electricité et de l'Hydrogène pour les Transports (LITEN)

Laboratoire Architecture Electrique et Hybridation

Système énergétiques, mathématiques appliqués

01-09-2020

SL-DRT-20-0828

mylene.delhommais@cea.fr

Réseaux énergétiques intelligents (.pdf)

Les systèmes embarqués hybrides en source d'énergie sont plébiscités pour la transition énergétique mais sont aussi complexes à dimensionner : il y a notamment une forte dépendance entre le design des sources d'énergies (batterie, pile à combustible, éolienne, moteur thermique, etc.) et le choix et paramétrage de la loi de commande en temps réel (taux d'hybridation, stratégie temps réel). Plus le nombre de source est important, plus le problème à résoudre est dit « complexe » : le nombre de variables de décision et les couplages entre elles deviennent trop importants pour des méthodes d'optimisation classiques. Pré-dimensionner de tels systèmes requiert une nouvelle méthode d'optimisation. D'après l'état de l'art de la recherche sur le pré-dimensionnement par optimisation de système hybrides incluant la loi de commande, la méthode devra probablement s'appuyer sur une hybridation de différentes techniques d'optimisation (branch and bound, stochastique, multi-niveaux, quadratique, etc.). L'objectif de cette hybridation serait de gérer correctement les interdépendances des sources d'énergie avec la loi de commande lors de la phase de pré-dimensionnement tout en garantissant une optimalité du système avec un coût de calcul raisonnable. La méthode proposée dans la thèse pourra être testée, analysée et améliorée sur différents cas d'applications tels que l'Energy Observer.

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Etude de la vulnérabilité des systèmes électroniques de type objet connecté contre les agressions électromagnétiques induites

Département Systèmes (LETI)

Centre d'Evaluation de la Sécurité des Technologies de l'Information

Master elctromagnétisme, électronique analogique

01-09-2020

SL-DRT-20-0830

Cybersécurité : hardware et software (.pdf)

Dans le domaine de l'évaluation des systèmes matériels, le CESTI-Leti évalue leurs résistances vis-à-vis des attaques en perturbation via les techniques classiques (glitch de tension, glitch d'horloge, perturbation par effet photoélectrique, perturbation par effet électromagnétique). Les techniques habituelles permettent d'injecter des fautes sur la cible avec beaucoup de précision mais nécessitent généralement un accès physique privilégié au produit pour être au plus près de la zone à perturber, ce qui n'est pas toujours réaliste. En effet, la technique de perturbation électromagnétique actuellement utilisée au CESTI-Leti nécessite de mettre une bobine à moins de 1mm du produit et à faire passer plusieurs centaines d'ampères pendant une très courte période. Le CESTI souhaite donc développer une méthode de perturbation à distance basée sur l'injection d'ondes électromagnétiques. De son côté le CEA-DAM de Gramat a une longue expertise sur la susceptibilité des systèmes électroniques aux agressions d'origine électromagnétique et aimerait utiliser cette expertise pour évaluer la vulnérabilité d'un système communicant électronique (type objet connecté) vis-à-vis d'une agression électromagnétique. Objectifs Les travaux s'inscriront dans le prolongement de travaux effectués au CEA-DAM de Gramat sur la vulnérabilité des systèmes électroniques au rayonnement électromagnétique qui ont prouvé leur efficacité sur le plan du déni de service temporaire et définitif. ? Il s'agira tout d'abord de faire le lien entre une technologie permettant de perturber un système électronique de façon macroscopique (déni de service) et les technologies couramment utilisées aux CESTI-Leti qui permettent une action plus ciblée. ? Puis il s'agira de développer un démonstrateur de laboratoire permettant de mener des attaques en perturbation sur un objet connecté à une distance de quelques centimètres tout en minimisant la puissance requise pour perturber la cible. Déroulement de la thèse La première partie sera consacrée à une revue de la bibliographie sur les effets des perturbations électromagnétiques sur les systèmes électroniques et l'étude les différents moyens d'émission des perturbations électromagnétiques. Dans la deuxième partie des travaux, les différents moyens sélectionnés seront testés contre différentes cibles représentatives d'objets connectés. Il sera alors nécessaire de mesurer l'impact des perturbations sur les différents systèmes et d'en déduire un modèle. La dernière partie sera consacrée au développement d'un générateur de puissance réduite garantissant la sécurité de personnel se trouvant à proximité. Le Leti mettra à disposition les plateformes à évaluer ainsi que le support pour réussir à exploiter les perturbations pour mener une attaque complète sur un objet connecté. Le centre CEA-DAM de Gramat mettra à disposition ses plateformes d'essais permettant de générer des fautes via les rayonnements électromagnétiques ainsi que son savoir-faire sur le domaine qui permettra de développer un prototype adapté aux besoins des expérimentations.

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"Edge computing" et communications mobiles intelligentes, ultra-fiables et à faible latence pour la 5G et au delà

Département Systèmes (LETI)

Laboratoire Sans fils Haut Débit

Ingénieur télécom

01-06-2020

SL-DRT-20-0831

Nicola.DIPIETRO@cea.fr

Réseaux de communication, internet des objets, radiofréquences et antennes (.pdf)

Les communications mobiles 5G (et au-delà) devront répondre aux stricts besoins de plusieurs nouveaux services. En particulier, quatre éléments clés du développement scientifique et technologique de la 5G sont : i) des communications ultra fiables et à faible latence (URLLC) pour les applications sensibles aux délais ; ii) des fonctionnalités « cloud » rapprochées le plus possible des utilisateurs et des appareils, dans un paradigme appelé « edge cloud et computing » ; iii) l'intelligence artificielle et l'apprentissage automatique pour optimiser les activités des appareils et des machines ; iv) les communications MIMO avec des signaux radio à haute fréquence, y compris les communications à ondes millimétriques (mmWave). Dans un tel contexte, ce doctorat se concentrera sur des solutions conjointes de multi-connectivité (diversité spatiale) et communications multi-GHz à ondes millimétriques comme facilitateurs des URLLC. Le principal inconvénient des communications mmWave est leur vulnérabilité aux événements de blocage dus à des obstacles ou à des collisions de faisceaux, qui peuvent être surmontés grâce à la multi-connectivité : par la diversité, les messages peuvent être délivrés même lorsque certaines des connexions sans fil ne permettent pas une communication efficace en raison de blocages temporaires. Les appareils communicants exploitent des techniques multifaisceaux pour envoyer des informations à plusieurs points d'accès du réseau en même temps. Le doctorant étudiera les problèmes de la formation de faisceaux, de la sélection des liaisons, de l'optimisation de la puissance et de la lutte contre les blocages dans un tel contexte, en travaillant sur de nouvelles solutions qui incluent du codage spatial correcteur d'erreurs. Le travail de doctorat comprendra une analyse théorique des limites de performance, la simulation numérique de nouveaux codes correcteurs d'erreurs pour les communications à liaisons multiples, et la conception de nouveaux algorithmes pour l'allocation des ressources (radio, calcul et mémoire) dans les réseaux mobiles assistés par le « edge cloud ». L'intelligence artificielle et l'apprentissage automatique seront exploités comme outils pour résoudre efficacement le problème de l'allocation des ressources dans des scénarios complexes et dynamiques qui incluent la mobilité des utilisateurs et des obstacles.

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Cristal optomécanique couplé à un SAW pour une conversion de fréquence micro-onde Infrarouge

Département Composants Silicium (LETI)

Laboratoire Composants Micro-Capteurs

le candidat devra posséder une formation en physique générale (quantique) et appliquée, idéalement en nanotechnologies. Une connaissance de la physique des semi-conducteurs, en optique IR et micro-onde serait un plus.

01-10-2020

SL-DRT-20-0832

guillaume.jourdan@cea.fr

Matériaux et procédés émergents pour les nanotechnologies et la microélectronique (.pdf)

Les plateformes de calcul quantique les plus prometteuses aujourd'hui fonctionnent à très basse température aux fréquences micro-ondes alors que les réseaux de télécommunication capables de préserver l'information dans des états non classiques (superposition, intrication) utilisent entre autres des photons infrarouges (IR) à température ambiante. Les moyens de conversion de fréquence actuels offrent des efficacités de conversion médiocres (10-6), qui les rendent inutilisables pour traiter de l'information quantique. Un convertisseur micro-onde optique de très haute efficacité constitue un jalon essentiel pour relier ces deux domaines fréquentiels et donner naissance à un véritable réseau de calculateurs quantiques distribués (quantum internet). Le sujet de thèse proposé vise à développer un tel convertisseur en exploitant les propriétés de couplage multi échelles des nano résonateurs mécaniques. Des premières briques technologiques ont récemment été réalisées avec des systèmes couplés mécanique/IR ou mécanique/micro-onde en régime quantique. Il s'agit ici de concevoir un cristal optomécanique couplé à un résonateur IR. Le cristal optomécanique fonctionnant à des fréquences micro-ondes (GHz) sera actionné avec l'aide d'un SAW (surface Acoustic Wave) alimenté par une onde micro-onde. Ce type de système offre un très faible taux d'insertion de bruit classique dans le processus de conversion. Le dépôt d'AlN sera effectué dans la salle blanche du Leti, puis les étapes ultérieures pourront être poursuivies à la PTA (salle blanche académique) qui offre plus de souplesse en terme de procédé de fabrication. Une collaboration est en place avec l'institut Néel (CNRS) à Grenoble pour caractériser ces dispositifs à ultra basse température (<100mK). Les dispositifs pourront ainsi être testés et comparés aux performances attendues. Il faudra ensuite faire un retour sur la modélisation et le design à partir des mesures afin d'assurer la compréhension de tous les phénomènes.

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Nouvelle technologie de convertisseurs DC/DC haut rendement à isolement galvanique intégré pour les réseaux moyenne tension DC

Département des Technologies Solaires (LITEN)

Laboratoire Systèmes PV

Ingénieur grandes écoles Physique

01-06-2020

SL-DRT-20-0833

Stephane.CATELLANI@cea.fr

Energie solaire pour la transition énergétique (.pdf)

Les sources primaires d'énergie électriques utilisées dans les systèmes à base d'énergies renouvelables sont à courant continu. Nous pouvons indiquer ci dessous, les principales caractéristiques en tension des sources en question : -Photovoltaïques (1.5 kVDC) -Systèmes de stockage d'énergie (800 V-1.5 kVDC) -Stacks EHT (950 VDC) -Batteries de véhicule électrique (800 VDC) D'autre part , les nouveaux réseaux de transport d'énergie sont à courant continu : -HVDC : 100 kVDC à 1.6 MVDC Certains systèmes d'alimentation ferroviaires sont également à courant continu : -Ferroviaire : 1.5 kVDC, 3 kVDC, projet de réseau expérimental SNCF 10 kVDC Des architectures avec collecteur DC sont prévues dans les applications suivantes : -Distribution d'énergie dans les stations de recharge pour les véhicules électriques -Réseaux de bord des engins de propulsion navale -Chaînes de conversion électrique des engins de traction ferroviaire électrique -Production d'énergie photovoltaïque -Stockage stationnaire d'énergie électrique L'objectif de ce travail de thèse sera d'obtenir une brique de convertisseur DC/DC modulaire compatible avec les niveaux de tension délivrés par les sources d'ENR et permettant d'injecter sur de la moyenne tension DC. L'isolement électrique des sources primaires sera inchangé : il faudra donc apporter, pour assurer l'isolement des sources, une technologies de transformateur à très haut rendement (>99.5%), intégré dans les étages de conversion statique. -L'injection pourra se faire sur un réseau DC 9 kV (réseau expérimental SNCF) -L'électronique de puissance sera réalisée avec des semiconducteurs HT SiC dont les performances actuelles sont très supérieures à des équivalents Si. Le DTNM apportera son expertise sur les matériaux magnétiques pour le dimensionnement du transformateur intégré dans les étages de conversion.

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Comparaison de la sécurité des batteries Li à électrolyte liquide et tout solide. Rôle des différents matériaux impliqués dans les mécanismes de l'emballement thermique.

Département de l'Electricité et de l'Hydrogène pour les Transports (LITEN)

Laboratoire Analyse électrochimique et Post mortem

electrochimie, chimie, modèlisation

01-09-2020

SL-DRT-20-0834

remi.vincent@cea.fr

Stockage électrochimique d?énergie dont les batteries pour la transition énergétique (.pdf)

Le sujet entre dans le cadre du programme Focus « Simulation multi-échelle des batteries appliquée aux matériaux d'électrodes ». Il propose de faire le lien entre les problèmes d'inhomogénéité à l'échelle de l'électrode et l'impact sur le vieillissement à l'échelle supérieure (accumulateur). Ce sujet est intéressant pour le programme FOCUS. Je recommande donc ce sujetActuellement, la technologie des batteries tout-solides suscite un grand engouement, car elle représente une des voies crédibles pour franchir la barrière des 400Wh/Kg. En améliorant la sécurité, cette technologie permet l'intégration du lithium métal et des matériaux cathodiques les plus énergétiques. Malgré tout, les technologies tout-solides ne sont pas inerte. Ainsi, il a été démontré que L'énergie d'emballement thermique est égale à la somme des énergies des réactions chimiques et électrochimiques contenues dans la cellule. En s'appuyant sur cette méthodologie, la thèse identifiera le potentiel sécuritaire des nouvelles technologies tout-solides. Pour cela, des caractérisations comme la DSC, l'ATGMS et la calorimétrie seront mises en ?uvre pour identifier la réactivité des matériaux d'une cellule ainsi que leurs interactions (e.g. présence ou pas de SEI). A partir de ces valeurs et des modèles développés au CEA, la thèse proposera un changement d'échelle pour prédire la cinétique de réaction d'une cellule et ainsi prédire le potentiel sécuritaire d'une technologie avant la réalisation d'une cellule réelle. Ce qui permettra d'apporter des éléments pour l'émergence d'une nouvelle technologie.

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Développement de la microspectroscopie Brillouin pour le suivi de microcultures cellulaires 3D

Département Microtechnologies pour la Biologie et la Santé (LETI)

Laboratoire Systèmes d'Imagerie pour le Vivant

Master 2 Optique, Biophysique, Physique Expérimentale, Electronique

01-10-2019

SL-DRT-20-0835

jean-charles.baritaux@cea.fr

Technologies pour la santé et l?environnement, dispositifs médicaux (.pdf)

Les cultures cellulaires 3D sont des modèles in-vitro de plus en plus utilisés tant en recherche fondamentale, que dans de nouvelles applications cliniques et thérapeutiques. Il est vraisemblable que les propriétés biomécaniques des structures cellulaires obtenues résument un grand nombre de paramètres d'intérêt comme leur viabilité, fonctionnalité, et leur réponse à un traitement. La microspectroscopie Brillouin (Brillouin Light Scattering Microscopy, µBLS) est une technique optique émergeante en imagerie du vivant pour mesurer les propriétés viscoélastiques à l'échelle micrométrique. Elle repose sur l'analyse de la diffusion Brillouin de la lumière par les phonons se propageant dans le spécimen. Le but de cette thèse est de réaliser un développement instrumental innovant pour le suivi de microcultures cellulaires 3D par µBLS et d'aller vers la preuve de concept que les mesures des propriétés mécaniques par µBLS peuvent être exploitées pour remonter aux paramètres physiologiques. Le doctorant effectuera ses développements sur une instrumentation µBLS de pointe du Laboratoire des Systèmes d'Imagerie pour le Vivant (LSIV) du CEA Leti, à Grenoble, et réalisera les essais expérimentaux de son dispositif sur plusieurs types de cultures 3D. Cette thèse s'adresse à étudiant en optique, biophysique, physique expérimentale, ou électronique avec un fort attrait pour les applications biomédicales.

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Optimisation de l'insertion de contre mesure pour la sécurité des Circuits Intégrés

Département Architectures Conception et Logiciels Embarqués (LIST-LETI)

Laboratoire Calcul Embarqué

Master Recherche (M2) Recherche opérationnelle / Optimisation combinatoire

01-10-2019

SL-DRT-20-0836

lilia.zaourar@cea.fr

Cybersécurité : hardware et software (.pdf)

Les Chevaux de Troie Matériels (CTM) sont des blocs malicieux insérés dans les Systèmes sur Puce (SoC) à l'insu du concepteur. Un SoC contaminé représente une menace sérieuse puisqu'il peut avoir un comportement non désiré allant de la fuite d'informations confidentielles au déni de service. Des méthodes de conception existent pour contrer ces CTMs, mais elles modifient l'architecture du SoC avec un impact important sur ses caractéristiques et performances. Le projet ANR MOOSIC (Multi-Objective Optimised Synthesis to Improve Cybersecurity) propose de prendre en compte la lutte contre les CTMs au même titre que les autres caractéristiques lors de la conception, afin d'obtenir un bon compromis entre la sécurité et les performances. Pour cela, il est envisagé tout d'abord d'établir et d'évaluer des propriétés de sécurité, puis de les intégrer dans l'étape de synthèse au moyen de techniques d'optimisation multi-objectif. Le SoC ainsi conçu permettra de lutter contre la cybercriminalité, sans surcoût important. Le candidat devra proposer une modélisation mathématique complète du problème qui prend en charge l'ensemble des contraintes et objectifs (sécurité, surface, fréquence, consommation). Il devra ensuite proposer des algorithmes d'optimisation pour résoudre efficacement le problème d'insertion des contres mesures sur les critères conventionnels (temps, surface, consommation). Enfin, une validation de la méthodologie sur des premiers exemples simples est envisagée. Le stage se déroulera au LIP6/Sorbonne Université à Paris et sera co-encadré avec le CEA LIST. Une poursuite en thèse est envisagée. Elle permettra d'approfondir la résolution du problème et d'effectuer des tests sur des exemples réels issus de partenaire industriel du projet

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Conception d'éléments de routage en optique guidée pour l'intégration d'un système de projection rétinienne

Département d'Optronique (LETI)

Laboratoire Architecture Systèmes Photoniques

master 2 optique et photonique

01-10-2020

SL-DRT-20-0837

christophe.martinez@cea.fr

Photonique, imageurs et écrans (.pdf)

Le CEA Tech Leti étudie depuis plusieurs années un concept innovant de projection rétinienne pour application dans le domaine des dispositifs optiques de Réalité Augmentée. Ce concept repose sur le développement de plusieurs technologies en pointe dans le domaine de l'optoélectronique : l'intégration des systèmes photoniques en optique guidée dans le visible et l'impression d'hologrammes digitaux. Le sujet de thèse que nous proposons vient en continuations de nos travaux sur la première technologie. En recouvrement d'une fin de thèse visant à développer les briques de base de la conception de réseaux de guides d'ondes, le nouveau sujet cherche à développer les éléments de liaison entre ces réseaux de guides et des sources externes (barrette de LED, de VCSEL, de sources laser). Le candidat devra développer des design de guides multiniveaux permettant de gérer les échanges d'information entre des sources et des guides de distribution spatiales très différentes. Il aura aussi à charge le suivi de la fabrication de ces guides en salle blanche, leur caractérisation et leur mise en ?uvre pratique tout en conduisant une étude de l'état de l'art constante sur ce sujet. La thèse devra s'achever par la conception et la réalisation d'un démonstrateur validant l'interaction des sources avec un hologramme digital.

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Construction systématique et interprétation de modèles de fuites électromagnétiques pour des processeurs embarqués

Département Systèmes (LETI)

Laboratoire Sécurité des Objets et des Systèmes Physiques

Bac +5 Microélectronique ou mathématique

01-10-2020

SL-DRT-20-0838

maxime.lecomte@cea.fr

Cybersécurité : hardware et software (.pdf)

Les attaques par canaux auxiliaires ou side-channel consistent à mesurer l'activité physique émise par un circuit (processeur, micro contrôleur ou accélérateurs cryptographique) dans le but d'en extraire des secrets. La consommation du circuit ou le champ électromagnétique émis sont les phénomènes les plus couramment exploités. Avec le développement de l'Internet des objets (IoT), de plus en plus de systèmes sont exposés à ces attaques. Malheureusement, intégrer des contremesures (logicielles ou matérielles) contre de telles attaques est extrêmement couteux. C'est pourquoi, il est essentiel d'avoir une idée précise des fuites side-channel aussi tôt que possible dans les phases de conception. D'une part pour cibler les contremesures sur les zones critiques et d'autre part pour avoir une vision réaliste des fuites dans le but d'automatiser l'application de contremesures. Cette thèse porte sur l'exploration des modèles de fuites électromagnétiques et des différentes manières de les interpréter. L'objectif général de ces travaux est de modéliser les fuites d'un processeur à partir de son état à différents niveaux d'abstractions : Register Transfert Level (RTL), micro-architecture ou encore au niveau simulateur de jeu d'instruction (ISS). Le laboratoire LSOSP du CEA-LETI où se déroulera la thèse a une forte expérience sur les mesures physiques et déjà effectué des recherches préliminaires sur le sujet. Le candidat partira donc de ces résultats et sera amené à effectuer des mesures physiques sur circuit et à manipuler différent modèles logiques afin d'en créer un modèle de fuite précis.

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Amplificateur de puissance reconfigurable en technologies SOI-CMOS/GaN pour infrastructure 5G

Département Architectures Conception et Logiciels Embarqués (LIST-LETI)

Laboratoire Architectures Intégrées Radiofréquences

BAC+5 ingenieur et/ou master en conception analog/RF

01-10-2020

SL-DRT-20-0839

ayssar.serhan@cea.fr

Réseaux de communication, internet des objets, radiofréquences et antennes (.pdf)

La technologie RF GaN apparait comme une technologie prometteuse pour la réalisation d'amplificateurs forte puissance (HPA) pour les infrastructures 5G. La densité de puissance élevée, la faible capacité de sortie et la tension de claquage élevée des transistors GaN les rendent attractifs pour le marché des small-cell 5G qui nécessite plusieurs watts de puissance à des fréquences allant jusqu'à 40 GHz. Dans cette thèse, l'étudiant étudiera l'intégration hétérogène SOI-CMOS/GaN d'un HPA à forte efficacité fonctionnant dans les bandes millimétriques. L'étage de sortie du HPA reposera sur une architecture de type Doherty afin d'optimiser l'efficacité énergétique dans la zone de back-off (BO). Il sera implémenté sur une technologie GaN afin d'atteindre les niveaux de puissance requis. Pour éviter la dégradation des performances de l'étage Doherty en fonction de la fréquence, la phase et l'amplitude en entrée des transistors Main et Auxiliaire du Doherty PA doivent être soigneusement contrôlés. L'étage driver du HPA Doherty sera implémenté sur une technologie SOI-CMOS afin de pouvoir ajuster la phase et l'amplitude grâce à des fonctions passives reconfigurables et à faible perte en SOI-CMOS. Ce HPA GaN assisté numériquement, grâce à la technologie SOI-CMOS, permettra d'optimiser à la fois la linéarité et l'efficacité sur une large plage de fréquences de fonctionnement tout en restant sur une solution compacte. Cette thèse est proposée comme thèse internationale, de l'université de Grenoble, en collaboration avec un partenaire Européen, et pourra faire l'objet d'échanges mutuels et de période de séjour à l'étranger.

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Amélioration du procédé d'assemblage par Soudage Diffusion pour la réalisation de réacteurs échangeurs de grandes dimensions : identification des défauts critiques de soudage et modélisation de leur cinétique de fermeture

Département Thermique Biomasse et Hydrogène (LITEN)

Laboratoire Conception et Assemblages

Master 2 Sciences des matériaux

01-09-2020

SL-DRT-20-0841

isabelle.moro@cea.fr

Fabrication additive, nouvelles voies d?économie de matériaux (.pdf)

Le procédé d'assemblage par soudage diffusion à l'état solide est utilisé depuis de nombreuses années pour la fabrication de composants destinés notamment à la réalisation d'échanges thermiques. Concrètement, ils sont constitués de plaques usinées, empilées, puis mises sous vide dans un conteneur. Ce dernier est introduit dans une enceinte de Compression Isostatique à Chaud (CIC) qui, par l'application simultanée d'une haute pression et d'une haute température, permet l'assemblage des plaques entre elles par diffusion atomique. Les objectifs principaux de la thèse sont d'une part l'amélioration du modèle permettant de décrire la cinétique de fermeture des pores aux interfaces de soudage, travail à la fois expérimental et numérique, et d'autre part la quantification de l'influence de différentes géométries et taux de pores résiduels sur la tenue mécanique de ces mêmes interfaces. Ceci devra permettre au final de définir des cycles de CIC qualifiés de « dégradés », c'est à dire qu'ils permettent d'assurer un minimum de déformation macroscopique de l'échangeur lors de son assemblage par CIC, quitte à accepter des défauts de soudage de type pores résiduels aux interfaces. Toutefois, le travail aura permis de distinguer les défauts admissibles de ceux qui ne le sont pas, et via la modélisation de prédire leur fréquence, leurs géométries exactes et leurs localisations préférentielles. Cette thèse présente donc à la fois des aspects expérimentaux et numériques, et ce au service d'un enjeu technologique fort. Dans un premier temps, l'étude portera sur un matériau de référence de type 316L ayant déjà fait l'objet de nombreuses études préliminaires. Son comportement a déjà été étudié dans une gamme de température allant de l'ambiante à plus de 1000°C, et une loi de comportement adaptée ainsi que les paramètres associés ont été déterminés et validés. De nombreuses structures en matériau de type 316L ayant déjà été assemblées par CIC, un retour d'expérience important existe d'ores et déjà au sein du laboratoire concernant l'assemblage de ce type de matériau. Le travail à réaliser pendant la thèse consistera alors en la réalisation d'assemblages par CIC sur des tôles présentant différents types de défauts et de géométries variées, ces défauts ayant été soigneusement caractérisés. Un suivi de l'élimination progressive de ces défauts lors du soudage diffusion et la modélisation de ce processus via le modèle de Hill et Wallach permettra de mettre en lumière des manquements ou inadéquations des différents mécanismes constitutifs de ce même modèle, ce qui n'a jamais été réalisé jusque-là. Ces travaux donneront lieu à une amélioration du modèle de Hill et Wallach utilisé actuellement. Dans un second temps, nous chercherons à identifier la nocivité de différents défauts en fonction de leur géométrie, de leur fréquence et de leur localisation. Pour ce faire, des assemblages types seront réalisés puis testés. Il sera également nécessaire d'identifier le ou les essais mécaniques les plus pertinents, ce qui peut être également fonction de la localisation du défaut dans l'assemblage. Ainsi, un défaut situé dans une rive latérale d'un échangeur ne voit pas lors du fonctionnement de l'échangeur le même chargement thermo-mécanique qu'un défaut localisé dans un isthme. Ce travail permettra à terme de différencier dans un assemblage les défauts de soudage aux interfaces rédhibitoires, de ceux acceptables. Au final, ces deux axes de recherche permettront d'une part via la modélisation de prédire finement la géométrie des pores résiduels aux interfaces après assemblage par CIC, et d'autre part d'être capable de prédire si ces défauts après soudage diffusion sont critiques pour la structure ou pas. Il sera ainsi possible de définir, en termes d'évolution de la pression et de la température pendant l'assemblage par CIC, un cycle optimisé qui permettra à la fois la minimisation des déformations macroscopique de la structure, et l'obtention d'un soudage suffisant pour assurer le fonctionnement de l'échangeur.

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Etude et Amélioration de l'Etape de Formation des Accumulateurs Li-ion de nouvelle génération

Département de l'Electricité et de l'Hydrogène pour les Transports (LITEN)

Laboratoire Prototypage et Procédés Composants

Ingénieur ou master chimie, électrochimie ou génie des procédés

01-10-2020

SL-DRT-20-0843

yvan.reynier@cea.fr

Stockage électrochimique d?énergie dont les batteries pour la transition énergétique (.pdf)

La formation électrique des accumulateurs Li-ion est une étape peu étudiée dans les milieux universitaires, alors qu'elle représente 30% du cout de production de la cellule et conditionne ses performances (durée de vie, résistance?). La plupart des études restent empiriques [1-5] ou protégées par le secret industriel. L'objectif de la thèse est d'établir un lien direct entre les paramètres de l'étape de formation et les performances électrochimiques qui en découlent, à l'aide d'un protocole couplant mesures électrochimiques et caractérisation physico-chimiques. Au cours de sa formation l'étudiant mettra au point la méthodologie de suivi puis déterminera les paramètres les plus influents. Par la suite il appliquera ces résultats sur des accumulateurs représentatifs à l'aide de la méthodologie des plans d'expériences afin d'optimiser l'étape de formation.

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Détecteurs TéraHertz haute performance pour l'imagerie passive

Département d'Optronique (LETI)

Laboratoire d'Imagerie thermique et THz

Mastere 2 en physique appliquée, physique des semiconducteurs, électromagnétisme

01-10-2020

SL-DRT-20-0845

abdelkader.aliane@cea.fr

Photonique, imageurs et écrans (.pdf)

La gamme de fréquence Térahertz (THz, 300 GHz-3 THz) suscite un intérêt grandissant dans de nombreux domaines d'applications (imagerie, spectrométrie, inspection et contrôle industriel, surveillance, instrumentation scientifique) en raison des propriétés de propagation à travers les matériaux non conducteurs, de la présence de fréquences de résonances caractéristiques de nombreuses molécules, de sa capacité à offrir une bonne résolution spatiale et de propriétés non-ionisantes. Le CEA-LETI possède une expertise reconnue au niveau mondial dans ce domaine et a développé plusieurs technologies de détecteurs et imageurs THz, refroidis ou à température ambiante, pour des applications d'imagerie. Depuis deux ans, une caméra THz utilisant un imageur développé et fabriqué au CEA-LETI est commercialisée par la société i2S. L'objectif de cette thèse sera l'étude et le développement d'une nouvelle technologie de détecteurs permettant une avancée significative en termes de sensibilité afin d'ouvrir le domaine de l'imagerie passive. Le doctorant sera intégré au sein d'une équipe comprenant l'ensemble des expertises et équipements nécessaires à ces travaux (études systèmes, conception et simulation, fabrication, caractérisation) et sera amené à aborder ces différentes activités afin de concevoir un nouveau détecteur de type bolomètre, d'en piloter la fabrication dans les salles blanches du CEA-LETI et de le caractériser.

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Prise en compte du risque de propagation de l'emballement thermique dans le développement des modules de batteries. Approche expérimentale et outil de modélisation tenant compte de la génération de gaz.

Département de l'Electricité et de l'Hydrogène pour les Transports (LITEN)

Laboratoire Analyse électrochimique et Post mortem

electrochimie, chimie, modèlisation

01-09-2020

SL-DRT-20-0846

remi.vincent@cea.fr

Stockage électrochimique d?énergie dont les batteries pour la transition énergétique (.pdf)

La thèse propose d'étudier la propagation de l'emballement thermique dans un module de batteries. Les différents modes de transfert thermique (rayonnement, conduction et convection) seront qualifiés et leurs impacts en fonction du design de module seront évalués. Par exemple, les parts d'énergie relarguées dans les gaz ou la cellule seront déterminées, ainsi que les probabilités de déchirure du godet et l'impact de la conductivité thermique des clinquants et des soudures. Cette étude sera abordée par la réalisation d'essais abusifs sur mini-module ainsi que par de une modélisation de type CFD (logiciel Start CCM+). Les deux approches s'alimenteront mutuellement afin d'obtenir un modèle prédictif d'emballement. La première étape consistera à valider que la simulation reproduit bien les phénomènes prépondérants pour, dans un deuxième temps, proposer des optimisations qui seront validées à leur tour par l'expérience. De ce fait, la thèse proposera en plus d'une évaluation fine des paramètres moteurs dans la propagation de l'emballement thermique, des designs de modules innovants avec des solutions de mitigation spécialement adaptées en fonction des cellules et de l'application visée.

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Compréhension des phénomènes de noyage dans les PEMFC à mini-canaux

Département de l'Electricité et de l'Hydrogène pour les Transports (LITEN)

Laboratoire Système Pemfc

Génie des procédés, mécanique des fluides, électrochimie

01-10-2020

SL-DRT-20-0847

jean-philippe.poirot@cea.fr

Solutions avancées pour l?hydrogène et les piles à combustible pour la transition énergétique (.pdf)

La pile à combustible à membrane échangeuse de protons (PEMFC) est aujourd'hui considérée comme une solution pertinente pour une production d'énergie électrique décarbonée, aussi bien pour des applications transport que stationnaire. La gestion des fluides à l'intérieur de ces piles a un impact important sur leur performance et leur durabilité. Les phénomènes de noyage dus à l'accumulation d'eau liquide sont bien connus pour nuire au fonctionnement des piles, provoquant des chutes de performance et des dégradations pouvant être irréversibles. Avec l'utilisation de canaux de plus en plus fins dans des piles toujours plus compactes, ces phénomènes deviennent de plus en plus fréquents. L'objectif de cette thèse est de progresser dans la compréhension du noyage dans les PEMFC. Les travaux consisteront à analyser le lien entre les conditions de fonctionnement, le design des canaux et les matériaux utilisés dans les c?urs de pile. Ils s'appuieront d'une part sur de nombreux résultats expérimentaux, dont certains incluent des images de neutronographie, et d'autre part sur des modèles multi-physiques à différentes échelles. Ceci permettra de coupler une approche locale, à l'échelle d'une fraction de la longueur d'un canal, et une approche globale à l'échelle de la cellule complète.

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Développement et caractérisation d'un nouveau procédé d'interconnexion de composants électroniques hautes performances par frittage de nanoparticules

Département Composants Silicium (LETI)

Laboratoire Packaging et 3D

Master 2 ou école d'ingénieur sciences des matériaux

01-10-2019

SL-DRT-20-0848

jcsouriau@cea.fr

Matériaux et procédés émergents pour les nanotechnologies et la microélectronique (.pdf)

Les composants électroniques sont de plus en plus performants. Le packaging doit alors s'adapter pour ne pas être le facteur limitant. L'ensemble des études actuelles visent à améliorer les performances des modules tout en tenant compte du contexte environnemental qui vise à limiter l'utilisation de substances nocives pour l'homme et l'environnement. Le frittage, notamment à base d'argent, se démarque aujourd'hui pour l'intégration de puces semi-conductrices sur des substrats. Il a en effet d'excellentes performances thermiques et électriques (l'argent est le meilleur conducteur parmi tous les métaux), et est parfaitement stable en température (le procédé de frittage est réalisé en dessous de 300°C, mais supporte ensuite des températures de plus de 900°C). De plus, le joint fritté est exempt de substances nocives, puisqu'il ne contient que de l'argent. Aujourd'hui, l'électronique de puissance est l'application principale qui pousse les développements de l'interconnexion par frittage, avec une utilisation pour les véhicules électriques ou hybrides, pour l'aéronautique, etc. Les LED se tournent aussi vers le frittage (éclairage automobile notamment). La miniaturisation des microsystèmes fait émerger de nouveaux défis, tels que le développement de procédés d'assemblage adaptés au frittage. L'objectif de la thèse sera de développer un procédé de frittage d'une puce semi-conducteur en contact direct (Flip-Chip) sur un substrat d'accueil avec des plots de diamètre inférieur à 300µm. Le procédé sera testé et caractérisé sur un véhicule de test conçu dans le cadre de cette étude.

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Réduction du relâchement des polluants inorganiques gazeux lors de la gazéification de biomasse et déchets

Département Thermique Biomasse et Hydrogène (LITEN)

Laboratoire de Conversion de ressources Carbonées par voie Sèche

Génie chimique, physico-chimie, matériaux

01-10-2020

SL-DRT-20-0850

sylvie.valin@cea.fr

Energie verte et/ou décarbonnée dont bioprocédés et valorisation des déchets (.pdf)

L'objectif de la thèse est de caractériser le relâchement de polluants inorganiques gazeux (H2S, COS, HCl, NaCl, KCl en particulier) lors de la gazéification de biomasse et déchets, puis de proposer et tester des méthodes in-situ afin de limiter ce relâchement. Ces méthodes, basées sur des interactions chimiques entre éléments inorganiques, consisteront essentiellement en l'utilisation d'additifs ou la mise en ?uvre de mélanges de ressources. La gazéification permet de produire un gaz de synthèse utilisable en cogénération (chaleur et électricité) ou pour la synthèse de carburants liquides ou gazeux. Toutefois, les polluants inorganiques volatiles doivent impérativement être nettoyés avant l'application finale du fait des normes d'émission dans l'environnement, ainsi que de leur aspect corrosif (HCl, KCl, NaCl), ou de leur effet d'empoisonnement de catalyseur dans le cas d'une synthèse (H2S). La démarche proposée s'appuiera, dans un premier temps, sur des simulations thermodynamiques destinées à comprendre le comportement des éléments inorganiques en gazéification, et à définir puis interpréter les essais à conduire au laboratoire. Des expériences analytiques seront menées à l'échelle laboratoire et pilote, associées à des analyses de gaz et caractérisations de cendres résiduelles (MEB, DRX). Les résultats obtenus serviront à mieux contrôler le taux de polluants inorganiques dans le gaz de synthèse en fonction de la variabilité des ressources carbonées, et à préciser l'étage de nettoyage en amont de l'application finale.

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Modélisation des transitions de phases dans les matériaux de batterie lamellaires

Département de l'Electricité et de l'Hydrogène pour les Transports (LITEN)

Laboratoire Modélisation multi-échelle et suivi Performance

Physique des matériaux, mathématiques appliquées

01-09-2020

SL-DRT-20-0851

marion.chandesris@cea.fr

Stockage électrochimique d?énergie dont les batteries pour la transition énergétique (.pdf)

Pour les batteries Lithium-ions de 3ème génération, les matériaux utilisés ont acquis un certain niveau de maturité et les enjeux actuels portent sur l'optimisation de ces technologies sous diverses contraintes utilisateurs souvent antagonistes (densité d'énergie vs. charge rapide). Les outils de modélisation et de simulation numériques permettent d'aborder ces questions d'optimisation, mais souffrent de la mauvaise connaissance des propriétés physiques des matériaux actifs. L'objectif de la thèse est de progresser sur le lien entre la structure cristallographique des matériaux actifs de batterie et leurs propriétés thermodynamiques à l'équilibre et hors-équilibre. En particulier, nous nous intéressons aux transitions de phases se produisant lors de l'insertion du lithium dans les matériaux actifs ayant une structure lamellaire (graphite à la négative et alliages d'oxydes de métaux de transitions à la positive). Ce travail s'appuiera sur un outil de simulation basé sur un modèle de Cahn-Hilliard multi-couches développé au laboratoire qui permet d'étudier la dynamique des transitions de phases. Deux mécanismes principaux seront abordés au cours de cette thèse sur l'intercalation dans les matériaux lamellaires : (1) le phénomène de staging qui correspond à un remplissage périodique des galeries et (2) le décalage dans l'empilement des plans du matériau hôte. Progresser dans notre compréhension de ces deux phénomènes et de leur couplage devrait permettre d'étendre notre compréhension des principales propriétés physiques d'une grande majorité de matériaux lamellaires.

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Méthodologie de synthèse de préhenseurs orientée tâche pour la manipulation robotique ? application à la réalisation de préhenseurs plurigitaux à articulations flexibles

Département Intelligence Ambiante et Systèmes Interactifs (LIST)

Laboratoire d'Architecture des Systèmes Robotiques

Master 2 Robotique, Mécanique, Optimisation, Fabrication

01-09-2020

SL-DRT-20-0852

florian.gosselin@cea.fr

Usine du futur dont robotique et contrôle non destructif (.pdf)

Les robots prennent une part de plus en plus visible dans notre environnement, avec des applications allant de la cueillette des fruits et légumes au packaging agroalimentaire en passant par les interactions hommes-robots. Toutes ces applications nécessitent la saisie et la manipulation efficace de nombreux objets. Différentes approches ont été proposées dans la littérature pour répondre à ce besoin, allant de pinces à deux mors très efficaces pour la saisie d'objets spécifiques mais dont l'usage ne peut être étendu ni à des objets très différents ni à la manipulation fine de ces objets, à des préhenseurs pluridigitaux amenant une meilleure stabilité de prise et une reconfiguration possible du système pour saisir une plus grande variété d'objets. La complexité mécanique et la difficulté à commander de tels systèmes cantonnent cependant encore aujourd'hui leur usage à des tâches de préhension et freinent leur diffusion dans l'industrie et dans la robotique de service. Le sujet proposé vise à résoudre ces limitations en combinant d'une part des technologies innovantes tirant profit des dernières avancées en matière de structures flexibles et d'impression 3D, de capteurs et actionneurs distribués, et d'autre part des techniques de synthèse de mécanisme orientée par la tâche, pour développer une méthodologie de synthèse préliminaire et orientée « tâche » de mécanismes dédiés à la préhension versatile et à la manipulation dextre. Cette méthodologie de synthèse sera exploitée avantageusement pour proposer la réalisation et la commande de préhenseurs aux structures innovantes et adaptatives permettant, par le jeu de la conception mécanique du système, la conformation automatique de la configuration ou de la forme des doigts à l'objet pour la préhension et des mouvements internes à la main d'amplitudes suffisantes pour la manipulation. Ces travaux seront validés expérimentalement sur un ou plusieurs démonstrateurs.

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Conception d'un imageur intelligent en technologie d'intégration 3D embarquant des fonctions de traitement par réseau de neurones

Département Architectures Conception et Logiciels Embarqués (LIST-LETI)

Laboratoire Adéquation Algorithmes Architecture

master recherche systèmes embarqués

01-10-2020

SL-DRT-20-0855

stephane.chevobbe@cea.fr

Nouveaux paradigmes de calculs, circuits et technologies, dont le quantique (.pdf)

La technologie d'intégration 3D permet d'envisager sérieusement la réalisation de capteurs d'images par empilement de couches successives et ainsi proposer des imageurs intelligents couplant une couche capteur à des éléments de calcul complexe. Par ailleurs, l'avènement des réseaux de neurones profond a permis de faire des gains en performances très importants, notamment dans le domaine du traitement d'image. Un grand nombre de recherches tentent de proposer des architectures embarquées efficaces pour l'exécution de réseaux de neurones. Dans ce contexte la réalisation des fonctions de calcul permettant l'exécution de réseaux de neurones au sein d'un imageur intelligent est une voie de recherche particulièrement prometteuse. Dans cette proposition de thèse nous souhaitons étudier d'un point de vue architectural l'apport des technologies d'intégration 3D dans un imageur intelligent intégrant des fonctions de traitements par réseaux de neurones. Dans cette proposition de thèse nous souhaitons étudier d'un point de vue architectural l'apport des technologies d'intégration 3D dans un imageur intelligent intégrant des fonctions de traitement par réseaux de neurones. Nous focaliserons cette étude principalement sur les réseaux de neurones profonds, cependant d'autres types de réseaux de neurones pourront être évalués. La contribution architecturale attendue de cette thèse est l'étude et la conception d'une architecture de calcul efficace et basse consommation répondant aux fortes contraintes imposées par les réseaux de neurones profonds, à savoir le besoin d'une grande puissance de calcul très régulière et le très grand besoin en mémoire

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Diodes verticales suspendues pour la détection LWIR

Département d'Optronique (LETI)

Laboratoire d'Imagerie thermique et THz

Physique du semiconducteur, physique des matériaux, microélectronique

01-09-2020

SL-DRT-20-0856

patrick.leduc@cea.fr

Photonique, imageurs et écrans (.pdf)

Les détecteurs thermiques non refroidis absorbent le flux infrarouge pour des longueurs d'onde de 7µm à 14µm. Cette bande spectrale correspond à une fenêtre de transmission atmosphérique et au maximum d'émission d'un corps noir à 300K, ce qui permet de mesurer des variations de température inférieures à 100mK dans la scène imagée. Le principe de fonctionnement des microbolomètres repose sur la mesure de température d'une membrane suspendue absorbant le flux infrarouge. Le transducteur thermique est l'élément sensible du microbolomètre qui détermine son rapport signal sur bruit et donc la performance du pixel bolométrique. Ces dernières années, la miniaturisation des technologies de microbolomètres a permis d'atteindre des tailles de pixels de 12µm et s'est accompagnée d'une réduction du cout de fabrication. Cependant la technologie actuelle atteint ses limites et permet difficilement de réduire la taille du pixel. L'objet de la thèse est l'étude d'une technologie en rupture pour la fabrication des microbolomètres. Contrairement aux filières classiques, qui utilisent des thermsistors pour la transduction thermique, on se propose d'évaluer une filière originale à base de diodes verticales suspendues. Le sujet portera sur la caractérisation et la modélisation des performances d'un tel dispositif.

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Générateurs de nombres aléatoires ? Tests et exploitation des vulnérabilités

Département Systèmes (LETI)

Centre d'Evaluation de la Sécurité des Technologies de l'Information

Master 2 Cryptographie

01-10-2020

SL-DRT-20-0857

cecile.dumas@cea.fr

Cybersécurité : hardware et software (.pdf)

La cryptographie embarquée sur les cartes à puce utilise amplement les nombres aléatoires afin de garantir des propriétés d'uniformité ou pour cacher de l'information. En pratique ces nombres sont générés par la puce à partir d'une brique matérielle appelée TRNG (True Random Number Generator). L'évaluation de ce générateur nécessite d'une part de caractériser les propriétés statistiques des nombres générés et d'autre part de vérifier sa résistance aux attaques par canaux auxiliaires. L'objectif de cette thèse est d'étudier les méthodes pour évaluer la qualité du générateur, de caractériser les défauts observés en sortie et d'analyser les manières d'exploiter ces vulnérabilités lors de l'utilisation de nombres qui ne sont pas tout à fait aléatoires.

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Développement de détecteurs de photons uniques supraconducteurs et de circuits de réception pour les communications quantiques

Département d'Optronique (LETI)

Laboratoire d'Intégration Photonique sur Silicium

Master 2 ou école d'ingénieur physique,electronique, photonique

01-10-2020

SL-DRT-20-0859

segolene.olivier@cea.fr

Photonique, imageurs et écrans (.pdf)

Le traitement quantique de l'information devient un enjeu majeur pour notre société avec le développement d'ordinateurs quantiques, capables de résoudre des problèmes complexes bien plus rapidement qu'un ordinateur classique, et de communications quantiques offrant une sécurité absolue, non vulnérable à la puissance de calcul. Le développement de technologies intégrées est essentiel pour pouvoir déployer des systèmes quantiques compacts et à faible coût à grande échelle. Le CEA-Leti a développé depuis plusieurs années une plateforme de photonique sur silicium permettant de fabriquer des composants et circuits intégrés pour des applications diverses comme les telecom/datacom, les lidars et plus récemment les communications quantiques. L'objectif de cette thèse est dans un premier temps de concevoir, fabriquer en salle blanche et caractériser une nouvelle génération de détecteurs quantiques supraconducteurs intégrés sur silicium, capables de détecter des photons uniques avec une efficacité supérieure à 90%. Dans un second temps, ces détecteurs seront ensuite intégrés dans des circuits de communications quantiques sécurisées. Cette thèse bénéficiera de collaborations avec des laboratoires de recherche fondamentale en France et en Europe.

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Matériaux pour le stockage de l'hydrogène à base de borohydrures complexes: Synthèse et régénération pour une écononomie verte

Département des Technologies des NanoMatériaux (LITEN)

Laboratoire des Eco-procédés et EnVironnement

"stockage électrochimique d'énergie pour les batteries

01-09-2020

SL-DRT-20-0860

philippe.capron@cea.fr

Stockage électrochimique d?énergie dont les batteries pour la transition énergétique (.pdf)

L'hydrogène est considéré comme le vecteur énergétique de demain. Néanmoins outre le fait que la filière de production et distribution ne soient pas encore opérationnelle, il réside de vrais verrous scientifiques, technologiques et économiques au niveau de son stockage pour les applications mobiles ou stationnaires. Bien qu'il existe actuellement des solutions de stockage sous forme comprimée ou chimisorbée dans les hydrures métalliques, les performances et les coûts associés de ces solutions ne remplissent que très partiellement les spécifications des diverses applications. Les borohydrures complaxes à base de métaux et d'ammoniac se sont révélés très prometteurs en tant que moyen de stockage d'hydrogène chimique de nouvelle génération à plus grande capacité. Le CEA/LITEN a mis au point plusieurs systèmes M-B-N-H offrant une capacité d'hydrogène pratique supérieure à 10% en poids, à une température inférieure à 250 °C. Notre nouvelle approche de synthèse évolutive a permis une compréhension approfondie du processus de déshydrogénation. Le défi restant réside dans le développement de voies de réhydrogénation chimique des produits de réaction (nitrure de bore partiellement hydrogéné) avec un rendement élevé. Sur la base d'études préliminaires, le projet de thèse proposé se concentrera sur la digestion assistée par micro-ondes du nitrure de bore avec de l'acide chlorhydrique anhydre, suivie du processus d'hydrodéchloration activé via un mélange catalyseur-solvant. Les produits obtenus à base de diborane et d'ammoniac peuvent devenir des précurseurs de synthèse permettant une recyclabilité totale. D'autre part, le développement et l'optimisation de ces procédés de réhydrogénation nécessiteront des analyses chimiques et structurelles afin de comprendre et d'améliorer le rôle du mélange catalyseur d'hydrogénation-solvant. Dans ce contexte, des expériences in-operando utilisant de grands instruments seront menées en collaboration avec l'INAC.

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Apprentissage à partir de peu d'exemples et adaptation au domaine pour l'extraction d'information

Département Intelligence Ambiante et Systèmes Interactifs (LIST)

Laboratoire Analyse Sémantique Textes et Images

diplôme d'ingénieur en informatique ou master 2 en Informatique

01-10-2020

SL-DRT-20-0862

romaric.besancon@cea.fr

Data intelligence dont Intelligence Artificielle (.pdf)

L'extraction automatique d'information à partir de textes est une tâche indispensable pour des applications de traitements de données textuelles à grande échelle. Le développement de systèmes d'extraction d'information spécifiques à un domaine reste néanmoins très coûteux, que ce soit en termes de spécifications détaillées des informations à extraire ou d'annotation d'une quantité suffisante de données pour entraîner des modèles d'apprentissage. Cette thèse s'inscrit dans un objectif de réduction du coût d'adaptation d'un système d'extraction d'information à un domaine spécifique. L'approche envisagée s'appuie sur deux axes: (1) la mise au point d'un modèle d'extraction d'information générique, indépendant du domaine, en s'appuyant sur l'amélioration de la généralité de cadres événementiels génériques par l'utilisation de plongements de mots (word embeddings) de type BERT ou ELMO et (2) l'étude des méthodes d'adaptation de ce modèle générique à un domaine particulier en exploitant peu d'exemples annotés, par exemple par supervision distante, par apprentissage actif ou en exploitant des techniques d'apprentissage par transfert.

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Optimisation du recyclage des matériaux de cathode pour batteries lithium-ions par procédés hydrométallurgiques : étude de la réactivité des oxydes de métaux de transition vis-à-vis des liquides ioniques.

Département des Technologies des NanoMatériaux (LITEN)

Laboratoire de Nanocaractérisation et Nanosécurité

Master 2 sciences des matériaux, physique

01-09-2020

SL-DRT-20-0863

anass.benayad@cea.fr

Energie verte et/ou décarbonnée dont bioprocédés et valorisation des déchets (.pdf)

L'électrification croissante du parc automobile ainsi que le besoin d'augmenter notre capacité à stocker les sources d'énergie intermittentes engendre une forte croissance de la demande en batteries Li-ion. La production est non seulement coûteuse en énergie mais polluante, ce qui impose leur recyclage. En effet pris séparément, les composants peuvent être réutilisés dans de nouvelles batteries, réduisant ainsi la dépendance à l'importation de ces métaux considérés comme critiques et stratégiques par l'union européenne. Leur traitement est impératif pour le développement massif du véhicule électrique en France et en Europe. La fin de vie des batteries Li-ion représente une problématique industrielle majeure sur l'ensemble de la chaîne de recyclage. Le recyclage des batteries, de composition complexe (polymère, métaux ou plastiques), constitue un défi technologique et environnemental. Les procédés hydrométallurgiques offre de meilleurs perspective pour réduire les coûts énergétiques vis-à-vis des traitements de ce type de déchets et répondre à la demande mondiale en précurseurs de hautes puretés destinée à la synthèse de nouveaux matériaux d'électrode. Toutefois, de nombreuses briques technologiques des procédés de recyclage doivent être développées pour répondre aux enjeux économiques et environnementaux du recyclage des batteries. L'utilisation des liquides ioniques, présente une alternative pour leur utilisation dans diverses briques du procédé afin de réduire les risques associés aux solvants conventionnels. En raison de leur faible tension de vapeur saturante, ils sont ininflammables et non-volatiles, réduisant les risques liés aux milieux conventionnels (aqueux et organiques). Cependant, la réactivité des matériaux constituants les accumulateurs Li-ion (les matériaux de cathode à base d'oxydes de métaux de transition, les spectateurs, les collecteurs, etc.) vis-à-vis des liquides ioniques reste peu étudiée. Cette thèse a pour but d'étudier la réactivité des matériaux d'anode et de cathode à base de métaux d'oxyde de transition vis-à-vis des solvants à base de liquides ioniques en couplant caractérisation physico-chimique et électrochimique en mode post-mortem et operando. Ce couplage permettra de d'apporter des solutions pour l'extraction des métaux de transition pour les réintégrer dans de nouvelles applications pour le stockage de l'énergie. Le candidat ou la candidate, doit être titulaire d'un master recherche (M2) ou d'un diplôme d'ingénieur en science des matériaux, physique ou équivalent. Il ou elle doit être motivé pour travailler dans une équipe pluridisciplinaire. Le candidat sera accueilli dans les laboratoires du L2N et L2EV du DTNM pour mener ses travaux de stage.

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Sélection et optimisation d'anodes silicium pour batteries tout solide

Département de l'Electricité et de l'Hydrogène pour les Transports (LITEN)

Laboratoire Matériaux

Science des matériaux, chimie, électrochimie

01-10-2020

SL-DRT-20-0864

cedric.haon@cea.fr

Stockage électrochimique d?énergie dont les batteries pour la transition énergétique (.pdf)

Ce sujet de thèse est proposé dans le cadre du programme FOCUS "Simulation multi-échelle des batteries appliquée aux matériaux d'électrodes". Le succès de la transition énergétique dépend fortement de la mobilité. Les véhicules électriques permettront probablement de réduire les émissions de C02 mais leur développement est lié à l'amélioration des batteries Li-ion en terme de densité d'énergie, de durée de vie et de sécurité. Dans les prochaines générations de batteries, les batteries « tout-solide » pourraient permettre de résoudre une partie de ces challenges. Le sujet proposé vise à sélectionner et optimiser des anodes silicium pour batteries tout solide (génération 4a). En général, les batteries Li-ion conventionnelles contiennent une cathode (majoritairement oxyde lithié lamellaire de métaux de transition), une anode (principalement du graphite), un électrolyte liquide (mélange de solvants carbonate et d'un sel de lithium) et un séparateur. Les problèmes de sécurité de ces batteries peuvent être attribuer ou aggraver par l'électrolyte liquide à cause de son inflammabilité. De plus, le graphite limite la densité d'énergie des cellules Li-ion actuellement commercialisées. Les électrolytes solides sont une alternative intéressante pour améliorer la sécurité et, combiner au silicium à l'anode, pourraient aider à augmenter la densité d'énergie. De nombreux travaux concernent actuellement les batteries tout solide avec une anode en lithium métallique mais les électrolytes utilisés se révèlent instables au potentiel du lithium et ce dernier engendre toujours des dendrites. Le remplacement du lithium par du silicium, qui présente un potentiel de 0.4 V vs Li+/Li et une capacité spécifique de 3579 mAh/g, pourrait permettre d'améliorer la durée de vie de ces batteries. Dans batteries actuelles à l'électrolyte liquide, les durées de vie des anodes à base de silicium sont limitées principalement à cause de l'instabilité de la couche de passivation due aux changements de volume importants des particules de silicium. En configuration tout solide, les mécanismes de dégradation pourraient être différents ou ne pas avoir les mêmes conséquences. Les stratégies développées jusqu'à maintenant pour les batteries à l'électrolyte liquide vont devoir être révisées pour mettre au point des matériaux d'anodes dédiés aux application tout solide. La recherche dans les batteries tout solide avec anodes en silicium se concentre principalement sur les anodes en couches minces pour limiter les problématiques mécaniques et de résistance d'interfaces. Cependant, la capacité surfacique des films minces reste très limitée (0,3 mAh.cm-2) comparée à celles des anodes commerciales (2-5 mAh.cm-2). L'utilisation de silicium en poudre pour augmenter la densité d'énergie est incontournable alors que l'état de l'art sur le sujet est très limité. Le sujet proposé porte sur la recherche de couples de matériaux silicium-électrolyte solide et sur la compréhension de la réactivité et des mécanismes de rupture à cette interface. On s'attachera particulièrement à moduler le matériau silicium sur la taille et la morphologie des particules/grains (qui dirige les contraintes mécaniques en cyclage) et la chimie de surface/coating (qui dirige la réactivité et l'adhésion avec l'électrolyte). Plusieurs types de matériaux silicium seront étudiés, basés sur les savoir-faire locaux et possiblement sur des matériaux commerciaux, à savoir nanoparticules de silicium avec ou sans carbone (IRAMIS, Nathalie Herlin), nanofils de silicium recouverts d'une monocouche organique (IRIG, Pascale Chenevier) et composites microniques silicium carbone. Un ou plusieurs électrolytes solides seront sélectionnés pour l'étude en fonction des autres sujets FOCUS génération 4 et de l'avancée des connaissances dans le domaine d'ici le début de la thèse. La partie centrale à mesurer et modéliser concerne le maintien du contact électronique et ionique à l'interface pendant le cyclage, malgré les glissements importants induits par le gonflement du silicium à la lithiation. La compréhension de la réactivité et des mécanismes de rupture aux interfaces s'appuiera sur des caractérisations éléctrochimiques in-situ (comme la spectroscopie d'impédance électrochimique (SIE)) et des analyses post-mortem, notamment la spectroscopie des photoélectrons X (XPS) et la microscopie. L'apport pour la modélisation se trouvera dans l'obtention de paramètres nécessaires au modèle par les caractérisations électrochimiques et physico-chimiques adaptées. Les résultats attendus sont : ? Exploration et identification d'anodes silicium adaptées à un ou plusieurs électrolytes solides ? Optimisation d'un système sélectionné (mise en forme, chimies de surface, influence de la taille?) ? Compréhension des évolutions des interfaces ? Mesure des paramètres nécessaires au modèle

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Gestion réseau avancée pour le contrôle du redéploiement temps-réel d'une infrastructure réseau mobile sous contraintes de performance des flux de données

Département Intelligence Ambiante et Systèmes Interactifs (LIST)

Laboratoire Systèmes Communiquants

BAC+5 : Master ou Ingénieur télécom, réseaux

01-09-2020

SL-DRT-20-0865

Michael.Boc@cea.fr

Réseaux de communication, internet des objets, radiofréquences et antennes (.pdf)

La digitalisation des industries s'accompagne généralement de problématiques d'apport d'infrastructures de communication sans-fil haut-débit directement sur les chantiers et sites de production. Toutefois, ce type de déploiement est aujourd'hui rendu extrêmement difficile par les contraintes qu'imposent ces environnements. Pour répondre à ces contraintes, nous nous intéressons dans le cadre de cette thèse à accroitre les capacités de reconfiguration en temps-réel de l'infrastructure sans-fil en considérant une gestion orientée SDN du réseau. Cette gestion doit permettre de gérer la mobilité de l'infrastructure comme un degré de liberté supplémentaire ? tel un paramètre modifiable - afin d'assurer/améliorer les performances des flux de données. Cette capacité devrait apporter deux avantages clés : 1) d'une part ne plus avoir à recourir à une phase de planification de déploiement longue et coûteuse et 2) d'autre part être capable de mettre en place de nouvelles stratégies de reconfiguration plus fines du réseau permettant d'accroitre son niveau de performance global à tout moment. La mobilité de l'infrastructure pourrait être apportée par des robots mobiles pilotables à travers un protocole SDN et portant certains des équipements du réseau. Dans le cas d'une opération de démantèlement nucléaire par exemple, nous pourrions considérer l'infrastructure comme étant composée d'une flotte de robots mobiles (terrestres ou aériens) dont la mobilité serait pilotée par un système SDN de gestion de réseau afin d'assurer la connectivité et les performances de robots de démantèlement pilotés à distance par des téléopérateurs. L'objectif du travail de thèse proposé consiste à définir un système de gestion réseau avancée et centralisée pour le contrôle du redéploiement temps-réel d'une infrastructure réseau mobile sous contraintes de performance des flux de données. Ce système devra être capable 1) d'identifier quand un changement topologique devient pertinent au regard des types de problèmes de performance des flux de données et des limites des solutions existantes d'optimisation réseau, 2) de définir et de piloter le redéploiement de l'infrastructure pour améliorer les performances de ces flux de données.

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Modélisation de la torréfaction de ressources carbonées en four pilote à partir de données mesurées à petite échelle en laboratoire

Département Thermique Biomasse et Hydrogène (LITEN)

Laboratoire de Conversion de ressources Carbonées par voie Sèche

Master 2 génie des procédés

01-10-2020

SL-DRT-20-0866

Muriel.Marchand@cea.fr

Energie verte et/ou décarbonnée dont bioprocédés et valorisation des déchets (.pdf)

La torréfaction est un prétraitement thermique appliqué à la biomasse en vue de sa valorisation énergétique, réalisé sous gaz neutre pendant plusieurs dizaines de minutes, à des températures comprises entre 200 et 300°C. Le solide traité a des propriétés qui s'approchent de celles du charbon (fossile), le rendant valorisable dans les mêmes installations industrielles que ce dernier. Notamment, le procédé permet de concentrer le carbone dans le solide, augmentant ainsi l'intérêt de sa conversion thermochimique pour contribuer à la fermeture du cycle du carbone. La plate-forme biomasse du CEA Grenoble a été équipée d'un four de torréfaction à échelle pilote (capacité : 150kg/h de bois). Les résultats obtenus dans ce four pilote sont toujours en décalage avec les données mesurées en laboratoire. Cela pose la question de la validité du changement d'échelle pour ce procédé. L'objectif de cette thèse est d'améliorer l'extrapolation à l'échelle pilote les données mesurées avec des équipements analytiques de petite taille. Pour ce faire, on s'appuiera notamment sur les résultats des thèses successives menées au sein du laboratoire, qui ont abouti à un modèle représentant les différentes transformations chimiques de la biomasse au cours de la torréfaction. La validation de cette approche nécessitera un important travail expérimental, avec des mesures en laboratoire ainsi que la participation à des campagnes d'essais de torréfaction en pilote.

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Etudes de l'impact du design sur les non-uniformités de dégradations des cellules Li-Ion à l'échelle des électrodes pour le développement d'un modèle de vieillissement à l'échelle de la cellule

Département de l'Electricité et de l'Hydrogène pour les Transports (LITEN)

Laboratoire Analyse électrochimique et Post mortem

Ingénieur matériaux, électrochimie et modélisation

01-10-2020

SL-DRT-20-0867

olivier.raccurt@cea.fr

Stockage électrochimique d?énergie dont les batteries pour la transition énergétique (.pdf)

Dans le cadre du programme Focus « Simulation multi-échelle des batteries appliquée aux matériaux d'électrodes », ce sujet de thèse porte sur l'étude du vieillissement des cellules Li-ion et en particulier sur l'impact de l'architecture interne de la cellule sur la génération de dégradations localisées. Si la technologie Li-ion connaît un fort développement, les formats de cellules ne sont pas standardisés. Des designs très variés sont aujourd'hui commercialisés (cylindrique, prismatique ou sachet souple) pour des capacités de quelques Ah à plusieurs dizaines d'Ah et des modes d'assemblages variés (enroulement, empilement). L'architecture des cellules a un impact sur les phénomènes de dégradation en fonctionnement affectant directement la durée de vie et la sécurité des batteries. Lors du vieillissement, des hétérogénéités à l'échelle de l'électrode ont été observées mais sont encore peu étudié. Par ailleurs, les modélisations actuelles à l'échelle de la cellule considèrent la dégradation comme homogène. Le but de cette thèse sera premièrement d'identifier les relations existantes entre architectures de la cellule et la génération de dégradation localisée sur les composants internes de la cellule. Ceci dans l'objectif de pouvoir intégrer ces inhomogénéités aux modèles développés par le CEA jusqu'à l'échelle de la cellule. Le travail demandé porte à la fois sur l'étude expérimentale et la modélisation. Pour mener à bien ses travaux de thèse, le candidat sera accueilli au sein du Laboratoire d'Analyse Electrochimique et Postmortem du CEA LITEN où il effectuera des tests électrochimiques et les analyses post-mortem et participera au développement et à l'amélioration des modèles en collaboration avec le Laboratoire de Modélisation des Procédés du CEA LITEN. Au cours de la thèse une collaboration avec l'équipe de M. Dubarry de l'Université d'Hawaï dans le domaine du traitement des données basé sur la méthode ICA (Incremental Capacity Analysis).

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Synthèse d'alliages base silicium pour électrodes négatives d'accumulateurs Li-ion

Département de l'Electricité et de l'Hydrogène pour les Transports (LITEN)

Laboratoire Matériaux

Master 2 Matériaux, électochimie

01-10-2020

SL-DRT-20-0868

cedric.haon@cea.fr

Stockage électrochimique d?énergie dont les batteries pour la transition énergétique (.pdf)

Le silicium apparaît comme le matériau d'électrode négative le plus prometteur pour les batteries Li-ion. En effet, sa capacité spécifique théorique de 3579 mAh/g lui permet d'être une alternative au graphite (372mAh/g) pour les applications à haute densité d'énergie. Cependant, il présente une expansion volumique pouvant atteindre près de 300% lors de l'insertion du lithium. Ces variations de volume conduisent à la pulvérisation des particules et à l'instabilité de l'intephase solide-électrolyte (SEI), et donc à la dégradation des électrodes et à la chute rapide des performances électrochimiques au cours des cycles de charge-décharge. Des améliorations sont possibles en réduisant la taille des particules autour de 100 nm afin de limiter la décrépitation mécanique ou bien en développant des composites silicium-carbone avec des nanostructures complexes. Ainsi, la structure des électrodes reste stable mais les phénomènes aux interfaces deviennent prépondérants et tous les critères de performances requis pour une densité d'énergie élevée ne sont plus respectés. Une des tendances actuelles pour envisager une application viable à moyen terme est de développer des structures avec des nano-domaines de silicium emprisonnés dans une matrice assurant conductivité ionique et électronique et limitant les surfaces d'interaction avec l'électrolyte. Pour ce faire, des procédés « hors équilibres » tels que la trempe sur roue ou le broyage haute énergie permettent de synthétiser des alliages métalliques avec les caractéristiques requises et des performances électrochimiques intéressantes. Notre collaboration avec l'IRAMIS (Nathalie Herlin) autour de la synthèse par pyrolyse laser pour des applications batteries a permis de montrer l'intérêt des alliages Silicium ? Germanium et de l'hétérostructure originale obtenue. Ils ont fait l'objet d'un brevet en cours et d'une publication. L'objectif de cette thèse est de poursuivre les travaux sur les alliages Si-Ge pour comprendre l'influence de l'addition du germanium, l'impact de structure c?ur-coquille SiGe@Si et substituer le germanium. Une collaboration avec Laure Monconduit est proposée pour ces travaux sur ces alliages synthétisés par broyage. Le travail de doctorat proposé consistera, dans un premier temps, à réaliser des compositions identifiées par pyrolyse laser et par broyage pour la compréhension des mécanismes de (dé)lithiation. Dans un second temps, des éléments de substitution seront recherchés et évalués. Une optimisation morphologique et microstructurale pourra ensuite être effectuée en fonction des performances électrochimiques obtenues. Des analyses de microscopie électronique à balayage et en transmission ainsi que des techniques de surfaces pourront permettre de caractériser les alliages synthétisés et les mécanismes associés. L'interaction forte avec différentes équipes de recherche (DRT/LITEN ? DRF/IRAMIS ? CNRS/ICGM) sera un des atouts importants pour la réussite de ce travail.

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Techniques de codage optimisés pour la conception d'accélérateurs matériels de réseaux de neurones profonds

Département Architectures Conception et Logiciels Embarqués (LIST-LETI)

Laboratoire Adéquation Algorithmes Architecture

Diplôme ing./M2 avec notions de machine learning

01-09-2020

SL-DRT-20-0869

johannes.thiele@cea.fr

Data intelligence dont Intelligence Artificielle (.pdf)

Les approches par réseaux de neurones artificiels ont permis une amélioration importante des performances dans de nombreux domaines tels que la classification, la segmentation, etc. L'efficacité de cette approche n'étant plus à démontrer le nombre d'applications envisagées est en pleine croissance. Cependant, du à leurs complexités calculatoires et à leur besoin mémoire, ces réseaux sont difficilement portable dans des applications embarquées faible puissance. Pour améliorer le portage sur plateforme embarqué, de nombreux travaux de recherche ont abouti sur différentes techniques permettant de réduire l'empreinte mémoire et calculatoires d'un réseau de neurones artificiels: Réduction de nombre de paramètre, quantification numérique, etc. Cette thèse veut pousser plus loin l'optimisation des réseaux en travaillant sur le codage de l'information. Cette thèse propose d'explorer une nouvelle méthode en travaillant directement sur la manière de coder l'information au sein du réseau de neurones. Cette méthode de codage aurait pour finalité d'unifier deux modèles de codage existant: modèle vectoriel et modèle impulsionnel, tout en gardent en perspective d'une implémentation matériel.

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Transformation d'espace pour simplification de fonctions de classification

Département Architectures Conception et Logiciels Embarqués (LIST-LETI)

Laboratoire Adéquation Algorithmes Architecture

Master 2 IA ou mathématique appliquée

SL-DRT-20-0871

marc.duranton@cea.fr

Data intelligence dont Intelligence Artificielle (.pdf)

De nombreux problèmes traités par l'Intelligence Artificielle sont des problèmes de classification de données d'entrées complexes qui doivent être séparées en différentes classes. Les fonctions transformant l'espace complexe des valeurs d'entrées en un espace plus simple, linéairement séparable, se font soit par apprentissage (réseaux convolutionels profonds), soit par projection dans un espace de haute dimension afin d'obtenir une représentation non-linéaire "riche" des entrées, puis un appariement linaire entre l'espace de haute dimension et les unités de sortie, c'est l'approche dit du « réservoir computing ». Ces concepts sont aussi liés à celui des Support Vector Machines (travaux de Vapnik 1966-1995). L'objectif de la thèse est d'étudier ce type de transformation applicable dans des applications réelles, et de définir une architecture optimisée, générique dans un domaine d'application donné, permettant de pré-traiter des données afin de les préparer pour une classification liée à une application précise, cette classification demandant un minimum d'opérations et pouvant, par exemple, se faire au vol (apprentissage continu). Les avancées visées sont de multiples ordres: - Du point de vue théorique, une approche tendant d'unifier les transformations effectuées par les réseaux d'apprentissage profond, du « réservoir computing » et des approches de transformation d'un espace d'entrée complexe en un espace essentiellement linéairement séparable. - Définir quelle sont les transformations à faire en pratique pour une classe de problèmes donnée (par exemple la reconnaissance d'objets) en les simplifiant au maximum (en fonction du taux d'erreurs, de faux positifs, etc). - Proposer des architectures optimisées, utilisant au mieux les technologies avancées (semi-conducteur, empilement 3D, photonique, etc). Le résultat final serait la proposition d'un module optimisé, qui pourrait être utilisé en amont d'un système programmable, permettant de réaliser efficacement des fonctions de « transfer learning », « one shot learning » et d'apprentissage continu.

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Etude des mécanismes de transport du lithium dans des électrolytes hybrides de batterie « tout-solide »

Département des Technologies des NanoMatériaux (LITEN)

Laboratoire de Nanocaractérisation et Nanosécurité

chimie et/ou électrochimie

01-10-2020

SL-DRT-20-0872

thibaut.gutel@cea.fr

Stockage électrochimique d?énergie dont les batteries pour la transition énergétique (.pdf)

Le sujet entre dans le cadre du programme FOCUS "Simulation multi-échelle des batteries appliquée aux matériaux d'électrodes". Le remplacement des électrolytes liquides par des phases conductrices ioniques à l'état solide (polymère, céramique ou hybride) est considéré comme une des voies les plus prometteuses pour améliorer les performances électrochimiques et la sécurité des accumulateurs au lithium de prochaines générations. Cependant, l'amélioration de la conductivité ionique de ces systèmes complexes reste un verrou technologique majeur. De fait, la compréhension et la modélisation des mécanismes mis en jeu dans le transport du lithium au sein de matériaux aux propriétés différentes sont indispensables au développement et à l'optimisation de ces batteries « tout solide ». Dans ces travaux de thèse, nous nous proposons d'étudier un cas type d'électrolyte solide hybride formé par la dispersion d'une céramique et d'un sel de lithium au sein d'une matrice polymère en utilisant une approche couplée électrochimie/caractérisation/simulation. Des systèmes enrichis sélectivement en isotopes du lithium (6Li ou 7Li) seront testés électrochimiquement puis analysés en spectrométrie de masse (TOF-SIMS) et en RMN à l'état solide afin de quantifier l'évolution du ratio isotopique à l'échelle locale et globale et ainsi identifier les mécanismes de transport du lithium dans ses électrolytes à l'aide de modèle physique. A terme, les méthodes de caractérisations avancées mises en ?uvre dans cette thèse fourniront des paramètres physiques d'entrée aux modèles afin de prédire la réponse électrochimique du milieu électrolytique et, in fine, de proposer des pistes sur la sélection et la modification des matériaux ainsi que sur l'optimisation des formulations d'électrolytes hybrides afin d'élaborer des stratégies pour améliorer leurs performances (conductivité ionique mais aussi stabilité électrochimique).

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Développement et compréhension des mécanismes d'action des traitements de surface pour la protection des matériaux d'électrodes

Département de l'Electricité et de l'Hydrogène pour les Transports (LITEN)

Laboratoire Matériaux

Master 2 Scineces des matériaux, chimie

01-09-2020

SL-DRT-20-0873

david.peralta@cea.fr

Stockage électrochimique d?énergie dont les batteries pour la transition énergétique (.pdf)

Les futures générations de batteries Li-ion devront procurer une grande autonomie aux futurs véhicules électriques et par conséquent intégrer des matériaux d'électrodes permettant d'obtenir des cellules à très fortes énergies. Les performances électrochimiques des matériaux sont repoussés à leurs limites théoriques et souffre d'une perte de stabilité en fonctionnement dans ces conditions. Dans le cas de batterie utilisant des électrolytes liquides et de façon encore plus critique avec des électrolytes solides, la stabilité (électro-)chimique de l'interface matériau actif/électrolyte joue un rôle primordial du point de vue des performances et de leur durée de vie mais a également une influence lors de leur mise en ?uvre utilisant les procédés envisagées pour la fabrication de batteries tout solide. Une stratégie d'amélioration consiste à traiter la surface des matériaux d'électrode afin de limiter leurs réactivités vis-à-vis des électrolytes. De nombreux traitements de surfaces ont été reportés dans la littérature (AlF3, Al2O3, MgO, MnO2?) et ont démontré qu'une couche de passivation de seulement quelques nanomètres peut considérablement limiter les réactions parasites augmentant ainsi la durée de vie (ex : Al2O3) et/ou améliorer durablement les propriétés des interfaces (i.e la conductivité ionique) pour de meilleures performances en puissance (AlF3). Malgré le nombre important de publications vantant les bénéfices de ces traitements, peu de travaux traitent de la compréhension des phénomènes induits par la modification de cette interface. La thèse aura pour but de répondre aux questions suivantes : (1) pourquoi le traitement de surface améliore les performances et (2) comment un traitement de surface peut limiter les réactions parasites entre le matériau de cathode et l'électrolyte (solide ou liquide). L'étudiant sélectionné travaillera au sein du LM (laboratoire des matériaux pour les batteries) qui est en charge de la synthèse et caractérisation des matériaux de batterie. Le doctorant travaillera sur deux aspects : la modification des interfaces par traitement de surface et sur la caractérisation physico-chimique des composés synthétisés. Pour ce sujet, nous recherchons un étudiant en fin de master ou en dernière année d'école d'ingénieur. Le candidat devra être obligatoirement spécialisé en chimie des matériaux (synthèse ou caractérisation).

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Etude du collage SAB pour l'élaboration d'hétérostructure

Département des Plateformes Technologiques (LETI)

Laboratoire

Master Recherche électronique , microélectronique

01-10-2020

SL-DRT-20-0874

frank.fournel@cea.fr

Matériaux et procédés émergents pour les nanotechnologies et la microélectronique (.pdf)

Le sujet porte sur l'étude des collages fait par activation ionique sous ultra-vide (SAB). Le but est de revisiter les mécanisme du collage direct à la lumière de cette technique est utilisant nous moyen de caractérisation qui nous ont permis d'établir nos mécanisme pour le collage direct hydrophile. L'impact d'un collage très important dès la température ambiante pourrait apporter un éclairage très intéressant à nos mécanisme et à celui de Smart Cut. En parallèle, la fabrication d'hétérostructure par SAB sera regardé avec la capacité de fabriquer des films contrainte de Germanium ou de silicium par exemple.

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Transducteurs piézoélectriques sans plomb et fiabilité

Département Composants Silicium (LETI)

Labo Composants Micro-actuateurs

Ingenieur Master 2

01-10-2020

SL-DRT-20-0875

gwenael.le-rhun@cea.fr

Matériaux et procédés émergents pour les nanotechnologies et la microélectronique (.pdf)

Le LCMA, laboratoire de composants micro-actionneurs, travaille sur l'intégration de matériaux piézoélectriques dans des microsystèmes permettant d'obtenir la fonction de transduction électromécanique. Le Titanate Zirconate de Plomb (PZT) est à ce jour le matériau piézoélectrique le plus performant pour les applications micro-actionneur. Cependant, la mise en place dans un futur proche d'une nouvelle norme concernant le taux de plomb autorisé dans les puces (directive européenne RoHS) nous amène à évaluer des matériaux sans plomb alternatifs au PZT pour les applications actionneurs piézoélectriques. Le développement de matériaux sans plomb est de fait devenu un axe majeur de la recherche sur les piézoélectriques. Ces recherches ont amené à revisiter et modifier certains matériaux piézoélectriques classiques tels que les KNbO3 et BaTiO3. La famille des KNaxNb1-xO3 (KNN) a notamment été identifiée comme une piste prometteuse. L'objectif de la thèse est donc d'évaluer des matériaux piézoélectriques sans plomb et de comparer leurs propriétés à celle du matériau de référence, le PZT. Des véhicules de test simples seront réalisés dans la salle blanche du LETI pour être ensuite caractérisés au moyen de différentes techniques disponibles dans nos laboratoires. Les propriétés électriques et piézoélectriques des matériaux ainsi que la fiabilité des dispositifs réalisés seront investigués tout au long du processus d'intégration afin d'optimiser la technologie PZE (piézoélectriques) sans plomb développée. Des méthodologies de caractérisations et d'études de fiabilité des PZE seront également développées. Dans le but de mener à bien ce travail, le doctorant pourra s'appuyer sur une solide expérience des experts LETI développée depuis maintenant presque 20 ans sur les matériaux piézoélectriques en couches minces et sur la caractérisation et fiabilité des composants.

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Module d'imagerie 3D à optique intégrée

Département d'Optronique (LETI)

Laboratoire Architecture Systèmes Photoniques

Master 2 physique, photonique, électronique

01-10-2020

SL-DRT-20-0876

laurent.frey@cea.fr

Photonique, imageurs et écrans (.pdf)

La capture d'images de distance, ou 3D sensing, est une fonction clé dans de nombreux domaines applicatifs émergents tels que la reconnaissance faciale, la réalité augmentée, la robotique ou les drones. Le CEA ambitionne de développer un nouveau module de « 3D sensing », inspiré du Lidar, et intégrant plusieurs composants innovants à partir de la source lumineuse cohérente jusqu'au photo-détecteur. La thèse proposée portera sur la définition d'une architecture d'optique intégrée couplée à un système optique d'imagerie, la simulation optique avec logiciel de calcul interne ou commercial, la réalisation en salle blanche micro-électronique, la caractérisation électro-optique des composants individuels, la mise en place d'algorithmes de traitement du signal et des images, et la preuve de concept du système complet, dans la perspective de sa miniaturisation et intégration par exemple dans un smartphone. Le travail se déroulera en étroite collaboration avec une équipe de recherche qui mettra au point au préalable une première version du système en espace libre. Un transfert industriel est envisagé au terme des développements.

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Synthèse d'antennes miniatures pour le supergain large bande et la formation de faisceau

Département Systèmes (LETI)

Laboratoire Antennes, Propagation, Couplage Inductif

Master 2 recherche, école d'igénieur, Master of Science en télécommunications, en micro-ondes ou en électronique des hautes fréquences

01-10-2020

SL-DRT-20-0878

antonio.clemente@cea.fr

Réseaux de communication, internet des objets, radiofréquences et antennes (.pdf)

En focalisant le diagramme de rayonnement dans les directions utiles, les antennes directives ouvrent des nouvelles opportunités pour les applications sans-fil en termes d'efficacité spectrale, de déploiement radio sans interférences, réduction de l'impact environnemental, réduction de l'exposition aux champs électromagnétiques et modes d'utilisation. Cependant, les techniques classiques pour améliorer la directivité conduisent généralement à une augmentation significative de la taille électrique de l'antenne. Par conséquence, l'intégration d'antennes directives dans les objets communicants reste limitée. Cette difficulté est particulièrement critique pour les gammes de fréquences inférieures à 3 GHz lorsqu'on vise une intégration dans des objets dont les dimensions sont souvent limitées à quelques centimètres. Des antennes avec une directivité et un gain importants, multi-bandes ou large bande, une taille réduite et avec la possibilité de dépointage électronique du faisceau sont nécessaires pour le développement de nouvelles applications dans le domaine des objets communicants. En effet, le contrôle des propriétés de rayonnement des antennes est une caractéristique importante pour le développement des futurs réseaux de communications intelligents (smart radio) avec un impact limité sur l'environnement. Les études récentes réalisées par le CEA ont permis la démonstration des potentialités des réseaux d'antennes à élément parasites super directifs et le développement conjoint d'une expertise spécifique dans ce domaine. Les travaux de thèse se dérouleront au CEA LETI Grenoble au sein du laboratoire d'antennes et propagation ; les principaux objectifs de ce projet sont : 1. Le développement d'outils analytiques et numériques pour la synthèse, la conception et l'optimisation de réseaux compacts et super directifs, super gain ou à formation de faisceau ; 2. Le développent de nouvelle sources élémentaires pour les réseaux d'antennes compacts ; 3. La réalisation d'un réseau compact et super directif avec dépointage.

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Simulation mécanique des assemblages PEMFC

Département de l'Electricité et de l'Hydrogène pour les Transports (LITEN)

Laboratoire Composants Pemfc

master2 ou ingénieur

01-09-2020

SL-DRT-20-0882

jean-francois.blachot@cea.fr

Solutions avancées pour l?hydrogène et les piles à combustible pour la transition énergétique (.pdf)

Le but de la thèse sera de participer au développement de "la simulation mécanique dans les empilements de Piles à Combustible", thématique récente qui suscite un fort intérêt dans le laboratoire. En effet, les recherches de ces dernières années se sont principalement intéressées au développement de composants d'une part plus robustes: catalyseurs plus stables et membranes renforcées par exemple, et d'autre part plus fins pour lesquels le contrôle de l'assemblage devient critique. Les premières études faites à l'aide du logiciel COMSOL Multiphysics, facilitant le lien avec les aspects multiphysiques, confirment la pertinence du développement de cette thématique. Le doctorant devra s'impliquer dans cette démarche, allant de la simulation fine de matériaux ayant des comportements non linéaires complexes à l'utilisation des méthodes d'homogénéisation pour passer des simulations locales à l'échelle d'un empilement de plusieurs cellules élémentaires (stack). Le candidat devra aussi être capable de maitriser les mesures expérimentales nécessaires à la validation de ces calculs.

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Détection et localisation de défauts dans un câble multiconducteur

Département Architectures Conception et Logiciels Embarqués (LIST-LETI)

Laboratoire Fiabilité et Intégration Capteur

Théorie et traitement de signal, Electromagnétique, Modélisation, Hyperfréquence, Mathématiques appliquées.

01-09-2019

SL-DRT-20-0890

moussa.kafal@cea.fr

Usine du futur dont robotique et contrôle non destructif (.pdf)

Le bon fonctionnement d'un réseau de distribution dépend de la capacité à détecter rapidement l'apparition de défauts, tels que décharges, court circuits ou encore la pénétration d'humidité dans les câbles. Si la nature de ces défauts dépend du contexte applicatif, les techniques utilisées pour les détecter reposent essentiellement sur la capacité à solliciter un câble avec des signaux de test, et à monitorer l'apparition de signaux de réponse qui témoigneraient de l'existence d'une modification dans les câbles. Alors que cette approche est claire dans le cas de câbles standards constitués de deux conducteurs, le cas des câbles multiconducteur reste plus complexe à traiter. En effet, appliquer des signaux de test à une paire de conducteurs entraîne typiquement une excitation parasite de conducteurs proches, à cause du couplage électromagnétique qui les relie. Ce phénomène peut considérablement complexifier l'interprétation des résultats d'un test, en créant une ambiguïté dans l'identification du conducteur défaillant, car plusieurs conducteurs peuvent se coupler à ceux effectivement sous test. Dans cette thèse, le couplage sera au contraire considéré comme une opportunité, car il permet de sonder un nombre plus important de conducteurs en même temps. L'ambigüité intrinsèque à une telle proposition peut être levée en répétant les tests sur plusieurs paires de conducteurs. Il apparaît alors intéressant de définir des stratégie de choix optimal des conducteurs à tester afin de couvrir le plus large nombre de conducteurs voisins, sans pour autant tester toutes les combinaisons possibles. Dans ce sens, cette proposition se veut parcimonieuse, introduisant la notion de surface efficace de test couverte à partir d'une paire de conducteurs. Une stratégie de décision prometteuse pour l'identification d'un conducteur défaillant est offerte par les approches basées sur les arbres et graphes de classification Bayésiens. Ces outils permettent de croiser les informations obtenus afin d'identifier une modèle explicatif, ici le conducteur défaillant. Parmi les avantages de cette approche nous pouvons compter leur capacité à intégrer des informations qualitatives, comme la typologie du défaut, et le fait de fournir un résultat formulé en termes de probabilités associées à chaque scénario possible, ce qui permet de nuancer l'interprétation des résultats et d'en évaluer la fiabilité, contrairement aux méthodes purement numériques. Il sera alors nécessaire de procéder à un travail préparatoire, permettant d'évaluer la probabilité à priori d'observer des signaux parasites à partir d'un défaut sur un conducteur voisin. Ce travail se basera sur l'étude de la théorie des lignes et fournira le lien entre les aspects physiques de la propagation multiconducteur et les observables considérées pendant les tests.

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Etude de stratégies du pronostic embarqué dans les réseaux filaires basé sur les réseaux de neurones temporels

Département Architectures Conception et Logiciels Embarqués (LIST-LETI)

Laboratoire Fiabilité et Intégration Capteur

Bac+5 ou Master de recherche Domaine: ? Traitement du signal/Télécommunications.

01-09-2020

SL-DRT-20-0891

wafa.benhassen@cea.fr

Usine du futur dont robotique et contrôle non destructif (.pdf)

Quelques soit leurs domaines d'application, les câbles sont très souvent victimes de leur environnement d'opération. Ils font souvent face à des conditions agressives telles que la vibration mécanique, le stress thermique, la pénétration de l'humidité, etc. Ces conditions favorisent l'apparition de défauts plus ou moins graves allant d'une simple fissure dans la gaine à une coupure du câble causant ainsi un dysfonctionnement du système. Dans ce contexte, Le CEA LIST étudie des méthodes de diagnostic et pronostic des défauts dans les réseaux de câbles basés sur la méthode de la réflectométrie. L'idée est d'injecter un signal de test dans le câble. Chaque fois qu'il rencontre une discontinuité d'impédance (i.e. un défaut), une partie de son énergie est renvoyée vers le point d'injection. Le traitement du signal réfléchi permet par la suite de détecter et localiser ce défaut. Malgré la maturité de la réflectométrie à détecter un défaut dans un câble, elle ne permet ni de déterminer les causes de l'apparition d'un défaut naissant (i.e. endommagement du blindage, rayon de courbure, pincement, etc.) ni de prédire son évolution dans le futur. Les travaux de cette thèse visent à développer de nouvelles stratégies de pronostic de défauts dans les réseaux filaires. Pour cela, l'application des méthodes de Machine Learning telles que les réseaux de neurones artificiels (RNA) sur les données issues des capteurs de réflectométrie s'avère une solution prometteuse pour résoudre cette problématique. C'est dans ce cadre que s'inscrivent les travaux de ce thèse.

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Communications haut débit filaires et optiques à températures cryogéniques pour l'ordinateur quantique

Département Architectures Conception et Logiciels Embarqués (LIST-LETI)

Laboratoire Intégration Silicium des Architectures Numériques

Master en microélectronique

01-09-2020

SL-DRT-20-0892

yvain.thonnart@cea.fr

Nouveaux paradigmes de calculs, circuits et technologies, dont le quantique (.pdf)

La promesse de l'ordinateur quantique universel robuste aux erreurs de relaxation et de phase des qubits pose un problème majeur de passage à l'échelle, avec des milliers voire des millions de qubits à contrôler et à mesurer pour réaliser les codes correcteurs d'erreur nécessaires. L'information à échanger entre les dispositifs quantiques à température cryogénique et les équipements d'instrumentation à température ambiante nécessite des débits pouvant dépasser 1 Terabit/s, à réaliser dans un budget de puissance restreint pour limiter l'auto-échauffement. Cette thèse a pour objectif de proposer et réaliser des architectures et circuits de communication à haut débit efficaces en énergie, en s'appuyant sur une transmission en fibre optique entre le cryostat et la température ambiante. Les innovations visées portent sur la conception de circuits cryo-électroniques CMOS utilisant la technologie FDSOI pour réaliser des fonctions de SerDes, récupération d'horloge et pilotes de modulateurs et récepteurs en photonique sur silicium fortement couplés aux dispositifs quantiques. Les travaux s'intégreront dans un objectif de développement d'une architecture d'accélérateur de calcul quantique à base de spins d'électrons dans le silicium, développée par une équipe pluridisciplinaire de physiciens, technologues, concepteurs en microélectronique et d'architectes et informaticiens.

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Etude et évaluation d'un dispositifs FD-SOI fonctionnalisé pour l'imagerie IR non refroidie

Département d'Optronique (LETI)

Laboratoire d'Imagerie thermique et THz

diplome d'ingénieur ou de Master 2 en physique des semiconducteurs et dispositifs microélectroniques

01-10-2020

SL-DRT-20-0893

jyon@cea.fr

Photonique, imageurs et écrans (.pdf)

La technologie des détecteurs infrarouge (IR) non refroidis (microbolomètres) a ouvert le domaine de l'imagerie thermique à de nouvelles applications, aide à la conduite automobile, automatisme des bâtiments connectés, loisirs, smartphone. Ces nouvelles applications sont appelées à se développer rapidement pour s'ouvrir aux marchés de grand volume. Développée au CEA-LETI, cette technologie a été transférée à la société LYNRED (LYNRED, by SOFRADIR & ULIS, www.lynred.com) en charge de son industrialisation. Les nouveaux besoins exprimés exigent cependant que la technologie s'améliore par des développements en rupture, notamment pour réduire le pas du pixel jusqu'à 5µm, taille ultime fixée par la diffraction du rayonnement IR. C'est le cadre de cette thèse qui porte sur l'étude d'un micro-transducteur thermique MOS intégré sur film FD-SOI, dont on attend des performances en rupture au regard de la technologie actuelle à base de thermistors. Le travail de recherche couvre des études d'architecture d'un micro-capteur sur silicium, la réalisation d'un prototype sur la plateforme 200mm du Leti et le test des dispositifs réalisés. Il s'agit plus précisément d'imaginer et de réaliser un dispositif en rupture qui se démarque d'un classique MOS-FET élémentaire, par exemple sous la forme d'un détecteur actif combinant plusieurs composants élémentaires, voire d'un détecteur intelligent qui adapterait ses caractéristiques de détection de manière autonome. A l'issue des 3 ans, le doctorant aura débouché sur une évaluation approfondie d'un dispositif innovant pour l'imagerie IR non refroidie.

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Hydrochars a base de biomasse pour la production de carbone dur pour les accumulateurs Na-ion

Département de l'Electricité et de l'Hydrogène pour les Transports (LITEN)

Laboratoire Matériaux

Master et/ou Ingénieur en chimie des matériaux

01-09-2020

SL-DRT-20-0897

loic.simonin@cea.fr

Stockage électrochimique d?énergie dont les batteries pour la transition énergétique (.pdf)

Les batteries Na-ion font l'objet d'intenses recherches depuis quelques années. En effet, la criticité du lithium, qui fait débat depuis plus d'une décennie, a donné lieu à la recherche d'alternatives à cet élément comme porteur de charge dans les batteries. De ce point de vue, les recherches sur les systèmes M-ion (M= Na, K, Mg, Ca, etc.) connaissent un essor considérable avec le Na-ion à la fois comme figure de proue et comme système le plus abouti. Au CEA, l'activité est en plein essor et a permis de sélectionner des matériaux actifs très prometteurs en termes de tenue en puissance, de cyclabilité, etc. Parmi ceux-ci, le carbone dur présente à l'anode des performances remarquables en capacité spécifique et en durée de vie. Néanmoins, son coût de production 2 à 3 fois supérieur à celui du graphite, constitue un frein à sa commercialisation. Ce coût élevé s'explique par celui des précurseurs classiquement utilisés. Dans ce contexte, le projet de thèse proposé vise à réaliser des matériaux d'électrode négative pour les batteries Na-ion à partir de carbones issus de biomasses humides (boues d'épuration, résidus de l'industrie papetière, digestats, résidus de la gazeification de microalgues, etc.). Ces biomasses humides sont pour la plupart difficilement valorisables et constituent des précurseurs à faible coût, voire coût négatif. Dans un premier temps, il s'agira d'optimiser l'étape de synthèse hydrothermale à partir d'un nombre restreint de biomasses. Ensuite, le lien entre les propriétés compositionnelles des biomasses et les performances du carbone dur sera étudié.

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Holographie digitale dans le Moyen-Infrarouge

Département d'Optronique (LETI)

Laboratoire des Capteurs Optiques

Master 2 optique, optronique, physique

01-10-2020

SL-DRT-20-0900

mathieu.dupoy@cea.fr

Photonique, imageurs et écrans (.pdf)

Dans un contexte où les demandes d'outils d'analyses non-invasifs sont croissantes, les techniques optiques de détection et d'identification connaissent un succès grandissant. La spectrométrie infrarouge est une technique de référence pour déterminer la composition chimique d'un échantillon. Nous avons développé au laboratoire une technique d'imagerie multi-spectrale infrarouge permettant de donner une information spectrale résolue spatialement. L'information donnée est basée uniquement sur l'absorption de la lumière Mid-IR incidente. L'objectif de la thèse est d'explorer les potentialités de l'holographie digital Mid-IR afin d'obtenir des informations sur la phase de l'échantillon. La thèse visera à choisir la meilleure configuration optique d'interféromètre, puis de la mettre en ?uvre en optique conventionnelle. Après avoir traité les images et extrait l'information, un second travail sera de réaliser cette fonction sur un composant en optique intégré.

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Instrumentation automatique de circuits pour le projet de systèmes fiables

Département Architectures Conception et Logiciels Embarqués (LIST-LETI)

Laboratoire Calcul Embarqué

Master recherche informatique, analyse numérique, electronique

01-09-2020

SL-DRT-20-0901

chiara.sandionigi@cea.fr

Nouveaux paradigmes de calculs, circuits et technologies, dont le quantique (.pdf)

Les circuits tolérants aux fautes sont actuellement nécessaires dans plusieurs secteurs d'application majeurs et vont être obligatoires dans de futurs domaines comme les véhicules autonomes. Des outils de CAO sont nécessaires pour automatiser l'insertion de mécanismes tolérants aux fautes et valider les propriétés de fiabilité du circuit. L'injection de fautes est apparue comme une solution largement acceptée pour le plan de qualification de projet, mais avec divers défis. En particulier, l'analyse de propagation des fautes n'est pas assez précise ou implique trop de overhead en termes de temps de calcul. L'objectif de la thèse est l'implémentation d'un outil de CAO pour l'instrumentation automatique de circuits intégrés pour une analyse efficace de la propagation des fautes après injection. L'instrumentation modifie le circuit par insertion de pièces matérielles pour fournir control extérieur et observation des effets des fautes. En plus de l'analyse de propagation des fautes, l'instrumentation du circuit permet d'effectuer la détection des fautes et la correction des erreurs pendant le fonctionnement du système. Le candidat doit avoir une expérience dans la conception de systèmes embarqués et une connaissance dans le domaine de la fiabilité des circuits.

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Étude des mécanismes de mouillage et d'adhérence de colle dans une structure hybridée , fonctionnalisée et enrobée à base de cu pillars

Département d'Optronique (LETI)

Laboratoire Assemblage et Intégration pour la Photonique

Matériaux , chimie des surfaces

01-10-2020

SL-DRT-20-0906

nacer.aitmani@cea.fr

Matériaux et procédés émergents pour les nanotechnologies et la microélectronique (.pdf)

Les composants électroniques assemblés en mode flip chip sont massivement présents dans tous les appareillages électroniques actuels, dans les marchés de masse comme les téléphones mobiles, les marchés civils, les marchés médicaux ou militaires .les zones d'interconnexions pouvant présenter plus d'un million de points connectés , avec des pas pixels et des hauteurs d'hybridation très faibles , le sous enrobage est devenu aujourd'hui un challenge extrêmement difficile à relever car de nombreux défauts viennent réduire la robustesse et la fiabilité de ces structures ( défaut d'adhérence de colle, bulles résiduelles , dispersion de l'épaisseur de colle ). Cette étape du packaging est une étape clé dans l'assemblage et la vie d'un composant électronique hybridé en mode flip chip par piliers de cuivre capés d'une finition fusible de la famille de l'étain (Sn). La solution envisagée dans l'étude proposée consiste à fonctionnaliser la zone d'interconnexions à l'aide d'un dépôt chimique ultra mouillant en phase gaz, en vue de créer une assistance efficace à l'opération de sous enrobage. Le travail proposé concerne la caractérisation fine de l'uniformité de ce dépôt sur des surfaces très confinées en hauteur mais de grandes surfaces ( > qq cm²), son comportement chimique, thermique, son efficacité et les mécanismes d'adhésion entre ce matériau, la colle d'enrobage ainsi que les surfaces rencontrées dans la zone d'interconnexion .Le résultat souhaité est de déterminer les conditions dans lesquels le dépôt joue pleinement son rôle d'assistance au sous enrobage tout en garantissant un niveau de mouillabilité et d'adhérence compatible avec les performances demandées par le marché de la microélectronique .

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Architecture de calcul distribuée et centrée sur la mémoire pour des applications IA utilisant des technologies avancées de la 3D et la NVM

Département Architectures Conception et Logiciels Embarqués (LIST-LETI)

Laboratoire Intégration Silicium des Architectures Numériques

Master 2 conception architectures numériques

01-09-2020

SL-DRT-20-0913

ivan.miro-panades@cea.fr

Data intelligence dont Intelligence Artificielle (.pdf)

Avec la révolution des applications d'intelligence artificielle, les algorithmes d'intelligence artificielle deviennent de plus en plus gourmand en termes de besoins de calcul et de mémoire. D'autre part, il est envisagé que de nouveaux dispositif mettant en ?uvre ces fonctionnalités d'intelligence artificielle soient disponibles au niveau du « edge », c'est-à-dire proches de l'utilisateur final (e.g. dispositif portables, automobile, IoT, etc.) et non plus seulement dans le cloud. Cela implique une exigence très forte en termes de capacité de mémoire et de calcul pour permettre l'apprentissage au niveau du edge, tout cela avec une bonne efficacité énergétique. Le doctorat consiste à proposer et à explorer une nouvelle architecture distribuée centrée sur la mémoire pour les applications d'IA, en utilisant des technologies avancées pour surmonter les problèmes actuels (capacité de mémoire, bande passante mémoire, énergie par inférence et capacité d'apprentissage). Les technologies récentes de mémoire non volatile (NVM) et les technologies d'intégration 3D offrent une intégration de mémoire dense tout en rapprochant la mémoire des c?urs de calcul. Le défi de l'architecture consiste à définir le partitionnement adéquat du système, les mécanismes de communication distribués, les exigences de ratios mémoire / calcul, pour obtenir in-fine une architecture de calcul adaptée à ces besoins. Les travaux consisteront à explorer l'architecture et le système d'application par le biais de la modélisation du système, et pourront conduire au design d'un circuit de test pour valider le concept proposé. Le doctorat se déroulera dans le cadre d'une collaboration entre l'Université de Stanford (CA, USA) et le CEA (Grenoble, France).

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Acquisition codée et nouveaux paradigmes d'acquisition pour capteur d'images CMOS en imagerie active

Département Architectures Conception et Logiciels Embarqués (LIST-LETI)

Laboratoire Circuits Intégrés, Intelligents pour l'Image

Ingénieur électronique, optique

01-10-2020

SL-DRT-20-0917

arnaud.verdant@cea.fr

Nouveaux paradigmes de calculs, circuits et technologies, dont le quantique (.pdf)

Un éclairage actif combiné à des capteurs d'images offre la possibilité d'extraire une grande quantité de caractéristiques de la scène observée, qui ne sont généralement pas accessibles aux approches standard d'acquisition d'images. Cette modalité est désormais largement répandue dans la vision industrielle par ordinateur, l'électronique grand public et les applications d'imagerie médicale. Cependant, des défis majeurs doivent encore être résolus pour augmenter les performances de ces appareils, et de nombreuses questions de recherche associées doivent être abordées, en ce qui concerne les choix de la stratégie de modulation et de mesure, l'architecture du capteur ou les techniques de traitement du signal à employer pour l'analyse des données. L'objectif de cette thèse est d'aborder conjointement ces questions en proposant d'abord un cadre de simulation visant à trouver les meilleurs compromis entre les approches de modulation de la lumière et de reconstruction du signal recherché. Ensuite, le développement du système qui s'adaptera le mieux aux spécifications dérivées en fonction des caractéristiques typiques de la scène (comportement de la lumière balistique ou diffuse, gamme de profondeur et résolution, niveaux de lumière ambiante?) sera abordé. Cette thèse sera structurée en deux parties principales. La première partie tendra à définir un cadre d'exploration basé sur une combinaison de modélisation physique, de mesures physiques et d'approches d'apprentissage en profondeur. Sur la base de cet outil, la deuxième partie sera consacrée au développement d'une architecture de capteur d'image utilisant les spécifications dérivées. Le doctorant bénéficiera au cours de sa thèse de 3 ans de l'expertise et de l'excellence scientifique du CEA Leti pour atteindre des objectifs à haut niveau d'innovation à travers des brevets et publications internationales. Le candidat dynamique et autonome aura un master ou un diplôme d'ingénieur, spécialisé en génie électrique et traitement du signal. Une bonne connaissance de la conception de circuits CAO et des outils de programmation sera importante (Cadence, Matlab, Python) et quelques notions de base en optique seront appréciées.

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Visualisation et quantification in-situ des évolutions microstructurales dans les batteries tout solide

Département des Technologies des NanoMatériaux (LITEN)

Laboratoire de Nanocaractérisation et Nanosécurité

Ingénieur / Master - Science des matériaux

01-10-2020

SL-DRT-20-0919

adrien.boulineau@cea.fr

Stockage électrochimique d?énergie dont les batteries pour la transition énergétique (.pdf)

Le travail de thèse consistera à étudier l'évolution de la microstructure des batteries tout solide lors de leur fonctionnement. L'étude sera réalisée par tomographie FIB-SEM qui permet de reconstruire en 3D les différentes parties de la pile. Les différents composants seront ainsi analysés et la localisation ainsi que la morphologie du lithium métallique lorsqu'il se forme seront étudiés. Un porte échantillon permettant le cyclage d'une pile dans le FIB sera développé, ce qui permettra l'observation in-situ des évolutions de la microstructure sur un même échantillon. Il sera conçu également pour être compatible avec le SEM où des analyses chimiques seront réalisées. Nous pourrons ainsi réaliser des cyclages électrochimiques in-situ entre deux acquisitions de volumes. Différentes combinaisons Matière active / Electrolyte / Anode seront analysées en suivant cette méthodologie. La quantification des grandeurs effectives (volumes et surfaces développés, porosités, tortuosités) relatives aux différentes phases ainsi que leurs évolutions permettront de discuter les propriétés électrochimiques. Les données quantifiées pourront être utilisées comme données d'entrée pour modéliser ces systèmes. Ce projet de recherche permettra ainsi de mieux comprendre les phénomènes impactant la microstructure, la formation de phases nouvelles dans les systèmes tout solide, et de proposer des voies d'amélioration.

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Prise en compte de la variabilité de morphologie de l'opérateur dans des tâches de montage simulées en réalité virtuelle

Département Intelligence Ambiante et Systèmes Interactifs (LIST)

Laboratoire de Simulation Interactive

Master/ingénieur en Robotique

01-10-2020

SL-DRT-20-0920

vincent.weistroffer@cea.fr

Usine du futur dont robotique et contrôle non destructif (.pdf)

L'objectif de la thèse est de développer un outil qui permette de tester la faisabilité et l'impact ergonomique d'une tâche sur des opérateurs ayant une morphologie différente de celle d'un opérateur démontrant la tâche en réalité virtuelle. On adressera pour cela deux questions scientifiques. Le premier problème consiste à identifier de manière automatique les caractéristiques de la tâche à réaliser (c'est-à-dire les étapes importantes et les trajectoires et/ou efforts associés), à partir d'un faible nombre de démonstrations par des opérateurs en réalité virtuelle. Le second problème consiste à transférer la réalisation de la tâche préalablement identifiée à des avatars (humains numériques) de morphologie différente.

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Impact de la micro-architecture sur les protections contre les attaques par canal auxiliaire

Département Architectures Conception et Logiciels Embarqués (LIST-LETI)

Laboratoire Infrastructure et Ateliers Logiciels pour Puces

master ou école d'ingénieur informatique

01-09-2020

SL-DRT-20-0921

nicolas.belleville@cea.fr

Cybersécurité : hardware et software (.pdf)

La thèse se place dans le contexte de la cyber-sécurité des systèmes embarqués et objets connectés. Elle concerne plus précisemment l'application de contre-mesures à la compilation contre les attaques par canaux auxiliaires exploitant la consommation électrique ou les émissions électromagnétiques, qui représentent une forte menace pour ces systèmes. Pour appliquer les contre-mesures contre ces attaques, on utilise souvent un modèle de fuite, qui modélise comment les fuites par canal auxiliaire sont liées au programme et aux données manipulées par le processeur. Un modèle infidèle ne permet pas d'appliquer la contre-mesure de manière efficace. Les modèles actuellement utilisés sont insuffisants dès lors qu'ils ne prennent pas en compte la micro-architecture des composants. En effet, la micro-architecture et notamment les éléments invisibles au niveau assembleur (registres ou tampons cachés) peuvent induire des fuites. L'objectif de cette thèse sera d'étudier l'impact de la micro-architecture sur l'application automatisée des contre-mesures contre les attaques par canal auxiliaire à la compilation. Un premier axe est d'étudier comment modifier la manière d'appliquer les contre-mesures au sein du compilateur pour prendre en compte des modèles de fuites précis tenant compte de la micro-architecture, par exemple comment adapter la sélection d'instructions ou l'allocation de registres dans le compilateur en fonction du modèle de fuite. Un second axe est d'adapter les contre-mesures elles-mêmes afin de mieux prendre en compte la nature des fuites, dans l'objectif de réduire les fuites d'information plus efficacement et d'améliorer le compromis sécurité / performance.

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Modèles de Champ de Phase et évolution des interfaces aux états initiaux de la croissance cristalline

Département d'Optronique (LETI)

Laboratoire des Matériaux pour la photonique

Master 2 mathématiques appliquées à la physique

01-10-2020

SL-DRT-20-0924

marc.parent@cea.fr

Photonique, imageurs et écrans (.pdf)

La recherche proposée concerne la modélisation de la physique de la croissance cristalline impliquée dans le « Vertical Gradient Freeze » (VGF), une méthode qui permet la fabrication de gros lingots pour l'industrie des semi-conducteurs. Dans ce procédé, le matériau est fondu puis se solidifie à mesure que la température diminue lentement avec des profils de température contrôlés spatialement, afin de favoriser l'orientation et la faible densité de défauts du cristal résultant. L'un des principaux objectifs de ce projet est de concevoir des modèles numériques qui pourraient fournir une description précise de l'évolution de l'interface liquide-solide dans un alliage II-VI aux premiers stades de la croissance cristalline, afin de comprendre comment on pourrait contrôler l'évolution de l'état thermique du système et améliorer la qualité de la cristallisation. En particulier, une approche basée sur des approximations de champ de phase du front de solidification sera développée. D'un point de vue numérique, une telle représentation du front devrait permettre une modélisation plus robuste de la topologie et des changements de phase, tout en fournissant un aperçu des relations pertinentes entre les échelles mésoscopique et macroscopique. Les objectifs expérimentaux et industriels sous-jacents sont également d'aider les scientifiques à analyser les signaux observables du processus et à déterminer les conditions optimales à mettre en place pour obtenir les propriétés souhaitées du matériau.

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bio sensor utilisant la propagation d'onde millimétrique en champ proche

Département Architectures Conception et Logiciels Embarqués (LIST-LETI)

Laboratoire Architectures Intégrées Radiofréquences

ingénieur en microélectronique

01-10-2020

SL-DRT-20-0933

frederic.hameau@cea.fr

Technologies pour la santé et l?environnement, dispositifs médicaux (.pdf)

Pour de nouvelles applications bio-médicales, nous proposons d'utiliser des solutions provenant du domaine de la radio-frequence, avec en particulier les systèmes d'émission d'ondes millimétriques. Ces systèmes utilisant des antennes en champ proche pouvaient être plongés dans différents milieux impliquant des modifications de comportement de l'antenne. Ces modifications évoluent en fonction de l'amplitude et de la fréquence de l'onde incidente. Cette thèse a pour but de déterminer des propriétés physiologiques du milieu sur la base de la signature de ce dernier. Cette signature est la réponse du système à un signal en onde millimétrique de différentes fréquences, amplitudes voire de formes d'onde différentes (chirp). Ces paramètres physiologiques pourront être la sudation comme indicateur de stress, le rythme cardiaque, la présence de mélanomes, et bien d'autres. Les fréquences de travail envisagées vont de 20GHz à 120GHz car se sont des fréquences facilement intégrables sur puce CMOS. A partir d'une étude déjà initiée, l'étudiant aura à développer une solution suffisamment précise qui pourra être basée sur l'analyse de l'évolution de l'impédance présenté de l'antenne à l'amplificateur de puissance fonction de l'environnement qui l'entoure (on pourra parler de suivi d'impédance de sortie du PA). Ou d'une analyse de la réflexion du signal sur le milieu au travers d'un récepteur polaire (nous parlerons alors de mode radar).

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Jumeau numérique pour le SHM pour l'aérospatial par apprentissage

Département Imagerie Simulation pour le Contrôle (LIST)

Laboratoire Méthodes CND

M2 or equivalent in Mechanical engineering, data analysis or related fields

01-06-2020

SL-DRT-20-0938

olivier.mesnil@cea.fr

Data intelligence dont Intelligence Artificielle (.pdf)

This PhD is funded by the Marie Curie program of European Union through the innovative training network (ITN) GW4SHM on Guided Waves for Structural Health Monitoring. Le SHM (Structural Health Monitoring ou contrôle de santé intégré en français) repose sur l'intégration permanente de capteurs dans une structure pour surveiller son état de santé au cours du temps. L'utilisation d'ondes élastiques guidées est particulièrement prometteuse en SHM en raison de la faible intrusivité des capteurs associés et de leur haute sensibilité aux défauts. En raison de la complexité des ondes guidées, des méthodes avancées de post-traitement sont cependant nécessaires. Cependant, malgré la maturité de la technologie, il n'existe pas d'application à grande échelle en aérospatial. La raison principale est la sensibilité des ondes guidées à un grand nombre de paramètres, rendant l'interprétation des ondes guidées difficile en dehors de contextes maitrisés. En particulier et avant l'adoption de ces technologies par l'industrie, il est nécessaire de démontrer leurs performances dans un grand nombre de configurations, ce qui a un coût prohibitif expérimentalement et doit donc être fait à l'aide de jumeau numérique (c'est-à-dire une réplique digitale d'une structure instrumentée par un système SHM). Cependant, le concept du jumeau numérique n'est possible que si la connaissance de tous les paramètres (structures, capteurs, environnement?) est fiable, ce qui n'est en général pas le cas en SHM. L'objectif de cette thèse est donc d'étendre le concept de jumeau numérique en SHM à l'aide de machine learning dans le but de mener à bien des campagnes de simulation pour la démonstration de performances en SHM dans des configurations inconnues. Pour ce faire, une utilisation intensive d'outils de simulation développés au CEA-List et intégrés dans le logiciel CIVA sera faite pour créer un grand nombre de simulations dans l'espace des configurations possibles. Des outils de machine learning seront entrainés sur cette base de données pour extraire la signature des défauts et permettre la mise en ?uvre de méthodes de diagnostic telle que l'imagerie. La thèse sera réalisée au CEA-List à Saclay (20km de Paris) et fera l'objet d'une collaboration avec Safran-Tech (Magny les Hameaux, 7km de Saclay)

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Intensification de la captation du dioxyde de carbone par la photosynthèse des microalgues

DPACA (CTReg)

Autre DPACA

Génie biologique, Génie des procédés, Génie mécanique

01-10-2020

SL-DRT-20-0948

gatien.fleury@cea.fr

Energie verte et/ou décarbonnée dont bioprocédés et valorisation des déchets (.pdf)

De nombreuses études scientifiques, portées notamment par le GIEC, ont montré que les émissions anthropiques de gaz à effet de serre sont à l'origine d'un réchauffement de l'atmosphère terrestre. De par les volumes phénoménaux émis annuellement (plus de 30 milliards de tonnes) au niveau mondial, le CO2 est considéré comme l'un des principaux responsables de ce réchauffement. Parmi les méthodes permettant de séquestrer ce CO2, la photosynthèse est particulièrement séduisante, puisqu'outre la captation, elle permet de créer différents produits pouvant conduire à la réalisation d'une économie circulaire grâce à la captation d'énergie solaire. Ce sujet de thèse se concentrera sur l'utilisation de la photosynthèse des microalgues pour la séquestration du CO2. Après une étape de bibliographie qui permettra à l'étudiant de mieux cerner les équilibres en jeu et les équations associées, la première partie du travail consistera à développer un modèle analytique de l'absorption du CO2 par les microalgues permettant de simuler différentes conditions de fonctionnement et différents systèmes de culture par une approche multidisciplinaire (mécanique des fluides, chimie et biologie notamment). Une fois ce modèle validé sur des expérimentations simples réalisées avec une souche de microalgue modèle, il sera utilisé pour développer un dispositif de culture innovant permettant d'intensifier les transferts de masse d'une phase gazeuse enrichie en C02 vers la biomasse microalgale.

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Apprentissage de topologie de réseaux de neurones optimisée pour des capteurs intelligents

Département d'Optronique (LETI)

Laboratoire Architecture Systèmes Photoniques

master ou école d'ingénieur

01-10-2020

SL-DRT-20-0951

william.guicquero@cea.fr

Data intelligence dont Intelligence Artificielle (.pdf)

Cette thèse sera une thèse «CIFRE» en collaboration entre STMicroelectronics et le CEA-Leti, dans le cadre de l'Institut multidisciplinaire de Grenoble en intelligence artificielle (MIAI). Ce sujet fait partie intégrante d'un projet de collaboration entre Gipsa-Lab, Tima-Lab, ST et le CEA-Leti, appelé «Near-Sensor Neural Computing». Le but de cette thèse est de fournir des méthodes et des outils pour produire une topologie de réseau en donnant au préalable à la fois les ressources matérielles disponibles ainsi que la tâche (détection / classification) à effectuer ainsi que la base de données d'images utilisée pour l'apprentissage et le test. Les optimisations opérées sur l'apprentissage de la topologie se feront en exploitant diverses techniques récentes de l'état de l'art à savoir la réduction de dimension par acquisition compressive, la forte quantification des poids et des activations ainsi que l'exécution dynamique sélective de sous parties du réseau. Les données techniques d'entrées telles que les cas d'utilisation et les limitations liées au matériel seront fournies par ST; en tenant compte de ses produits et de sa connaissance du marché. Par ailleurs, l'encadrement du CEA fournira une solide expérience en machine learning pour la conception orientée matériel. Parmi les résultats attendus de ce travail figure un démonstrateur d'une telle génération de topologie de réseau démontrant la validité de l'approche dans un contexte applicatif spécifique.

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Caractérisation en flux de signaux radiologiques par apprentissage automatique embarqué

Département Métrologie Instrumentation et Information (LIST)

Laboratoire Capteurs et Architectures Electroniques

Master 2 Recherche ou Ingénieur - Spécialité microélectronique, systèmes embarqués, Mathématiques Appliquées, systèmes informatiques

01-10-2019

SL-DRT-20-0956

gwenole.corre@cea.fr

Data intelligence dont Intelligence Artificielle (.pdf)

Les méthodes de classification par apprentissage automatique sont devenues omniprésentes dans les domaines du traitement du signal et de l'image. Néanmoins, ces méthodes de classification automatique restent encore aujourd'hui très peu exploitées dans les domaines des applications embarquées. Par ailleurs, des études ont montré que des méthodes de classification par apprentissage automatique permettent d'obtenir des performances satisfaisantes pour classifier les signaux provenant de capteur radiologique. Cependant, ces études et les solutions développées sont pour la plupart réalisées hors ligne et il n'existe pas ou peu de solutions à base de réseaux de neurones exécutées en temps réel. L'objectif de la thèse est de proposer des méthodes d'apprentissage pouvant être embarquées sur des systèmes de mesure portables temps réel permettant de répondre aux besoins de classification des signaux radiologiques et de réaliser et évaluer leur implémentation effective.

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Crowdsensing pour l'identification de sources de pollution atmosphérique par un réseau de capteurs de gaz multimodaux à bas coût

Département Systèmes (LETI)

Laboratoire Signaux et Systèmes de Capteurs

traitement de signal, modélisation, mathématiques appliquées, qualité de l'air

SL-DRT-20-0966

sylvain.leirens@cea.fr

Data intelligence dont Intelligence Artificielle (.pdf)

Le crowdsensing pour l'identification de sources de pollution atmosphériques repose sur l'utilisation d'un grand nombre de capteurs de gaz multimodaux à bas coût. Le sujet de thèse porte sur la mise en ?uvre de ce réseau de capteurs pour l'identification de sources fortement polluantes dans le trafic routier urbain. Il est maintenant avéré qu'un petit nombre de véhicules est responsable d'une importante fraction de la pollution générée, alors que la qualité de l'air en zone urbaine devient un sujet de plus en plus préoccupant à l'échelle européenne. Le travail de thèse consistera en la formulation et la résolution d'un problème de séparation et localisation de sources polluantes mobiles en environnement urbain avec un réseau de capteurs mobiles. Des campagnes de mesures permettront de valider expérimentalement l'approche développée dans la thèse.

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Elaboration de matériau piézoélectrique innovant par Pulsed Laser Deposition (PLD)

Département des Plateformes Technologiques (LETI)

Laboratoire

M2 ou Ecole d'ingénieur sciences des matériaux

01-09-2020

SL-DRT-20-0970

florian.dupont2@cea.fr

Matériaux et procédés émergents pour les nanotechnologies et la microélectronique (.pdf)

Le travail de thèse consistera à étudier les conditions favorables de croissance épitaxiale de matériaux innovants tels que le LNO pour obtenir les orientations cristallines les plus adaptées à l'application filtre RF. Ceci en utilisant la technique de dépôt PLD qui permet de déposer des matériaux « template » et des oxydes complexes de manière épitaxiale sur du silicium, avec des diamètres de plaquettes compatibles avec nos technologies microélectroniques. Cette étude s'appuiera sur les différents moyens de caractérisations physiques disponibles sur les plateformes du LETI, notamment diffraction de RX, composition des couches, structure interfaciale avec le substrat (HRTEM, Auger..) et propriétés piezoélectriques . Les couches minces élaborées pourront ensuite être intégrées dans des structures de tests simplifiées, et évaluer ainsi leurs impacts sur les performances finales du dispositif.

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Etude du contact mécanique et électrique réalisé par hybridation de nano-inserts

Département d'Optronique (LETI)

Laboratoire d'assemblage et de Packaging Photonique

Master 2 sciences des matériaux, physique

SL-DRT-20-0974

natacha.raphoz@cea.fr

Matériaux et procédés émergents pour les nanotechnologies et la microélectronique (.pdf)

En microtechnologie, on réalise des hybridations, en particulier des hybridations de matrices pixel de capteur optique sur leur circuiterie de lecture (CMOS). On doit alors obtenir des connexions mécaniques et électriques efficaces au niveau de chacun des pixels. Dans le cadre de la thèse, c'est un procédé innovant d'hybridation par micro-insertion qui va être développé et mis en ?uvre. Vous allez devoir fabriquer des inserts en forme de micro-clous qui devront « se planter » dans des plots métalliques (par ex. aluminium) avec un bon contact électrique et une tenue mécanique suffisante pour ne pas risquer la deshybridation. Lors de la thèse, vous chercherez à modéliser et simuler cette micro-insertion. En parallèle, un banc de caractérisation pour évaluer les forces d'insertion et de désinsertion pourra être développé ainsi qu'un autre banc pour évaluer la résistance électrique de connexion. Vous serez également impliqué dans le process d'hybridation et dans l'optimisation conjointe design - point de process.

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Modélisation de la propagation millimétrique pour des applications MIMO V2X

Département Systèmes (LETI)

Laboratoire Antennes, Propagation, Couplage Inductif

Bac+5 - Diplôme École d'ingénieurs télécom

01-09-2020

SL-DRT-20-0977

gloria.makhoul@cea.fr

Réseaux de communication, internet des objets, radiofréquences et antennes (.pdf)

Les voitures autonomes et les communications de véhicule à tout (V2X) sont envisagées comme des cas d'utilisation par les technologies 5G et au-delà. Traditionnellement, les communications V2X sont considérées dans les bandes inférieur à 6 GHz. Cependant, les besoins croissants, en termes de débit de données, nécessitent l'utilisation de bande passantes plus élevées, qui sont disponibles aux ondes millimétriques. Une connaissance préalable de l'environnement de propagation et une modélisation précise des trajets multiples sont essentielles pour concevoir et évaluer les performances des futurs systèmes, qui pourraient exploiter des antennes à formation de faisceaux. L'objectif de cette thèse est de caractériser le canal dynamique MIMO V2X dans les bandes millimétriques à l'aide du sondeur du CEA-LETI. Un modèle de canal sera proposé ensuite, en se concentrant sur ses propriétés angulaires temporelles pour permettre de nouvelles approches de formation de faisceau. Le doctorant fera partie de la division Technologies sans fil du CEA-LETI, à Grenoble (France). Il bénéficiera des installations les plus modernes, y compris des sondeurs de canaux et chambres anéchoïques. Le poste est ouvert aux étudiants exceptionnel titulaires d'un Master en sciences, Diplôme d'école d'ingénieur ou équivalent. L'étudiant doit avoir une spécialisation dans le domaine des télécommunications, des micro-ondes et / ou du traitement du signal. Une prédisposition au travail d'équipe, à l'organisation et aux compétences en matière de reporting est requise. La candidature doit obligatoirement inclure un CV, une lettre de motivation et des rélevées des notes pour les deux dernières années d'études.

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Techniques de machine learning utilisant des labels incertains, application à l'estimation du stress humain

Département Systèmes (LETI)

Laboratoire Signaux et Systèmes de Capteurs

Machine learning

01-10-2019

SL-DRT-20-0981

christelle.godin@cea.fr

Data intelligence dont Intelligence Artificielle (.pdf)

Avec l'apparition des capteurs portés par la personne, il devient possible de mesurer en temps réel et au cours de la journée les paramètres physiologiques d'une personne et son activité. De nombreuses études ont montré la pertinence de ces mesures pour évaluer l'état de stress d'une personne. Les algorithmes d'apprentissage supervisés utilisés pour ces estimations sont en plein essor. Ces méthodes supposent que l'on dispose pour chaque mesure de l'état de stress à estimer. Or, lors de la construction de la base de données on ne peut pas attribuer de classe ou de valeur exacte au stress mais on obtient facilement des valeurs subjectives. L'objectif de la thèse est de prendre en compte des données possédant une ou plusieurs annotations qui peuvent être floues, redondantes, contradictoires ou manquantes afin d'en tirer l'information pertinente permettant d'obtenir un estimateur plus fiable. Ce type d'approche sera également utile pour de nombreuses autres applications incluant la détection de l'endormissement, le diagnostic de maladies mentales, l'estimation des émotions.

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Optimisation des formes d'ondes pour les systèmes de communication 6G dans les bandes sub-THz

Département Systèmes (LETI)

Laboratoire Sans fils Haut Débit

MASTER 2 ou ecole d'ingénieur

01-10-2020

SL-DRT-20-0984

jean-baptiste.dore@cea.fr

Réseaux de communication, internet des objets, radiofréquences et antennes (.pdf)

La course vers le Tbit/s sans fil est un enjeu important pour les futurs systèmes de communications de prochaine génération (6G). L'objectif de la thèse est continuer le travail réalisé dans le laboratoire sur les formes d'onde adaptées et optimisées aux contraintes liées à la montée en débit dans les bandes millimétrique et micrométrique (> 90GHz). L'utilisation de ces bandes réservées aujourd'hui à l'astronomie, sera bientôt discutée au niveau mondial. Malgré les évolutions technologiques récentes l'utilisation des concepts classiques des transmissions (démodulation cohérente, égalisation) est rendue très difficile par les imperfections des têtes de réception, les contraintes sur les convertisseurs, la consommation énergétique du système embarqué et les traitements numériques à haute cadence. Une optimisation conjointe des algorithmes de transmission et de l'architecture de réception (tête RF) devra être proposée. Les enjeux de la thèse sont aux frontières des mondes numériques et analogiques, RF et optiques. Le travail proposé est exploratoire et nécessite une vision système et des bases solides en traitement du signal. Le travail se décomposera en une recherche bibliographique sur la thématique (20%), la modélisation des imperfections des têtes de réception (30%) et l'optimisation de formes d'ondes (40%). Le reste du temps sera consacré à la rédaction (articles, journaux et mémoires) (10%).

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SMARTSOL-SiMulAtion dynamique et contRôle d'un réacteur conTinu pour la production de carburants SOLaires

Département Thermique Biomasse et Hydrogène (LITEN)

Laboratoire des Systèmes Solaires et Thermodynamiques

Genie des procédés, Modélisation des procédés dynamiques

01-10-2020

SL-DRT-20-0989

nathalie.dupassieux@cea.fr

Energie solaire pour la transition énergétique (.pdf)

Ces travaux de thèse s'inscrivent dans la problématique de la valorisation de l'énergie solaire sous forme de vecteur énergétique stockable et/ou transportable. Pour ce faire les procédés dits de thermochimie solaires, associant des technologies de concentration du rayonnement et des conversions thermochimiques de matières carbonées renouvelables ou déchets ont été retenus. Les réacteurs étudiés mettent en ?uvre de réactions endothermiques, réactions qui conduites sous apports thermiques solaires engendrent des produits dans lesquels l'énergie solaire est stockée sous forme chimique. Pour la mise en ?uvre des réacteurs de SOLAR-FUEL étudiés dans des travaux précédents (thèses, projets Carnot et européens), subsiste un verrou majeur pour le déploiement industriel lié à la nature variable de la ressource solaire qui ne permet pas a priori d'opérer de manière continu. L'objectif du projet est de proposer un procédé hybride (ressource carbonée/solaire) capable de produire en continu un solaire carburant renouvelable. Le travail de recherche s'appuiera à la fois la simulation dynamique afin d'assurer un contrôle optimal du dispositif en fonction de la ressource solaire disponible et sur une validation expérimentale. Le bilan énergétique et environnemental sera également étudié.

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Détection et localisation d'anomalies sur les réseaux thermiques à l'échelle de la ville : une approche combinant intelligence artificielle et simulation physique

Département Thermique Biomasse et Hydrogène (LITEN)

Laboratoire des Systèmes Energétiques et Démonstrateurs Territoriaux

Mathématiques appliquées, Intelligence artificelle

01-10-2020

SL-DRT-20-0990

yacine.gaoua@cea.fr

Réseaux énergétiques intelligents (.pdf)

Au cours du temps, les réseaux thermiques (réseau de chaleur et de froid) vieillissent différemment et les dommages invisibles et non réparés rapidement sur les canalisations enterrées mettent directement en danger non seulement l'équilibre financier du l'exploitant du réseau mais aussi la qualité d'approvisionnement en chaleur des usagers surtout en période hivernale. Ainsi, la lutte contre les fuites hydrauliques et autres anomalies reste l'une des priorités absolues de l'exploitant du réseau car elle nécessite une part d'investissement importante liée aux travaux du génie civil pour la localisation et la réparation des fuites. L'objectif de cette thèse consiste à mettre en ?uvre une approche de diagnostic innovante pour la détection et la localisation d'anomalies sur les canalisations d'un réseau de chaleur, en exploitant la force de l'intelligence artificielle et les données de mesures du réseau (données au niveau des sous-stations et les données de détecteurs positionnés dans les caniveaux). Les principaux objectifs de cette thèse sont les suivants : - La génération par simulation numérique d'une base de données de modes de fonctionnement normaux et anormaux du réseau. On s'appuiera pour cela sur des modèles numériques existants au laboratoire d'accueil. - L'utilisation des modèles numériques pour la réconciliation et l'amélioration de la qualité des données de mesures issues d'un réseau réel - L'identification d'algorithmes de détection et localisation d'anomalies en se basant sur les algorithmes d'apprentissage automatique (IA), les données générées par simulation et des données de mesures issues d'un réseau réel - La validation de la fiabilité des algorithmes de détection d'anomalies sur divers scénarios de fonctionnement simulés puis en situation réelle - La mise en place d'un outil d'aide à la décision pour la détection et la localisation d'anomalies pour les réseaux thermiques Une des originalités du travail réside dans la complémentarité entre les l'utilisation de méthodes d'intelligence artificielle (apprentissage supervisé, non-supervisé et classification) et de modèles thermo-hydrauliques détaillés des réseaux. Ces derniers devront permettre de compenser deux des principaux écueils rencontrés actuellement par l'utilisation des méthodes d'IA : la forte dépendance à la qualité des données de mesures, et la nécessité de disposer de bases de données très larges comportant notamment beaucoup d'occurrence d'anomalies.

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Méthodes de calcul et simulation numérique pour l'analyse et lecontrôle de la stabilité des réseaux électriques à fort taux d'énergie renouvelable ? Validation par simulation temps réel

Département des Technologies Solaires (LITEN)

Laboratoire Systèmes Electriques Intelligents

Genie electrique ou Genie automatique ou Genie informatique

01-10-2020

SL-DRT-20-0993

thai-phuong.do@cea.fr

Réseaux énergétiques intelligents (.pdf)

Dans le cadre de la transition énergétique, l'intégration de la production d'énergies renouvelables (EnR) dans les réseaux électriques sera principalement limitée par le problème des instabilités de fréquence pouvant être induites par une insuffisance d'inertie qui est assurée par les générateurs conventionnels à machines tournantes. Pour permettre un taux de pénétration non négligeable des EnR, il devient crucial de disposer de solutions de prédiction de ces instabilités et de stratégies de contrôle intelligent à l'échelle globale des réseaux en couvrant les systèmes multi-sources, les systèmes de stockage, les véhicules électriques intégrés ainsi que les charges de consommation électrique. L'objectif de ce travail recherche est de développer des méthodes numériques et des simulations performantes et innovantes visant à identifier, caractériser et quantifier les évènements potentiels d'instabilité du réseau dans une vision globale. Puis de développer des outils de coordination des moyens de production, des moyens de stockage, de l'intégration des véhicules électriques et de gestion de la consommation pour la prévention des risques d'instabilité pour les situations critiques identifiées. Enfin, l'intégration de ces moyens de prévention dans un outil de simulation temps réel permettra de tester et de démontrer les performances des solutions proposées. Au-delà du caractère multi-sources, la prise en compte de la gestion globale des systèmes de stockage, des véhicules électriques intégrés ainsi que de la consommation électrique du réseau, constitue la rupture par rapport aux approches adoptées jusqu'ici. Cette méthodologie va s'appuyer sur les compétences du CEA-LITEN/DTS, reconnues à l'international et réunies sur le même site, en simulation, calcul numérique et optimisation des systèmes énergétiques complexes, en prévision et estimation de la production d'énergie solaire, en stockage associé, en gestion et simulation de réseaux électriques. Les compétences complémentaires présentes au CEA-LIST et au G2ELAB viendront consolider l'efficacité de la démarche.

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Réseaux compacts d'antennes ultra-large bande en bande Ka

Département Systèmes (LETI)

Laboratoire Antennes, Propagation, Couplage Inductif

Master / ingénieur

01-09-2020

SL-DRT-20-0995

loic.marnat@cea.fr

Réseaux de communication, internet des objets, radiofréquences et antennes (.pdf)

Les systèmes de communication (e.g. 5G, Satcom) ou de radar (e.g. automobile) millimétriques requièrent des antennes directives afin de compenser les pertes en transmission et des antennes larges bandes pour assurer, suivant l'application visée, un débit important ou une résolution fine. L'agilité du rayonnement devient donc un point clé. Les antennes réseaux offrent des avantages indéniables avec un compromis entre un nombre d'éléments rayonnants et un nombre de circuits actifs pour atteindre les performances requises en matière de formation de faisceau et de puissance rayonnée (dans un facteur de forme imposé par le système cible). Néanmoins, les règles de conception classiques liées à l'agencement des éléments peuvent être un frein pour l'intégration du réseau dans un certain nombre d'applications et aboutissent généralement à des bandes passantes et des gammes de dépointage relativement réduites. L'objectif de cette thèse est de s'affranchir de ces limitations et concevoir des réseaux plus compacts tout en assurant des performances exceptionnelles en matière de bande de fonctionnement et de gamme de dépointage. Pour cela, les études porteront sur la mise en réseau d'éléments miniatures fortement couplés. La compréhension et la modélisation de ces réseaux compacts passeront par : ? L'état de l'art sur les antennes réseaux à éléments couplés large bande et une étude système associée à l'utilisation de ce type d'antennes compactes, ? L'étude théorique du fonctionnement d'éléments couplés et les lois régissant leurs couplages, ? La conception d'éléments miniatures ultra-large bande et leurs mises en réseau. Les choix technologiques viseront une solution bas coût. ? Réalisation et mesures d'un prototype sur la bande Ka. Cette thèse aboutira à la réalisation de prototypes peu encombrants et larges bandes comparé à l'état de l'art avec une forte intégration des éléments actifs. Ceci ouvrira la voie à l'utilisation de réseaux d'antennes performants pour des applications du type terminaux et points d'accès 5G ou radars automobiles millimétriques, ou encore pour des antennes spatiales avancées.

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Nouveaux matériaux scintillants nanostructurés pour le développement de contaminamètres hautes performances (sensibilité et discrimination).

Département Métrologie Instrumentation et Information (LIST)

Laboratoire Capteurs et Architectures Electroniques

Chimie et physico-chimie des polymeres, nanomateriaux

01-10-2020

SL-DRT-20-1006

vesna.simic@cea.fr

Photonique, imageurs et écrans (.pdf)

Le sujet propose de développer des détecteurs de rayonnements ionisants en rupture technologique avec les dispositifs existants. Il met à profit les progrès récents en nanostructuration et nanophotonique pour contrôler et amplifier l'émission spontanée des matériaux radioluminescents (effet PURCELL) classiquement utilisés dans ces dispositifs, ouvrant la voie vers des détecteurs plus performants, ayant un meilleur rapport signal/bruit, une sensibilité accrue aux basses énergies et de meilleures performances de discrimination en particulier en ambiance gamma importante. Cette approche originale nécessite toutefois de structurer le matériau en profondeur, typiquement sur une profondeur de l'ordre de la longueur de pénétration du rayonnement ionisant dans le matériau. Les structures résonantes type sont des réseaux 2D de nano-piliers et nano-trous, de pas et de diamètre de l'ordre de 200 nm. Ces nanostructures sont aujourd'hui réalisables grâce aux progrès récents en nanostructuration des polymères, avec toutefois un verrou technologique à lever, celui de la gravure sur une profondeur suffisante et sur de grandes surfaces. Un autre point à améliorer concerne l'indice optique des matériaux classiquement synthétisés, qui reste trop bas pour obtenir les effets visés. L'incorporation de nanomatériaux d'indice optique plus élevé est une approche prometteuse qui a déjà fait ses preuves. Parmi les nanoparticules envisagées pour réaliser ce dopage nous nous intéresserons plus particulièrement aux nanodiamants qui présentent un indice de réfraction élevé (2.4), une bonne transparence dans le visible et une chimie de surface qui se prête à de nombreuses voies de fonctionnalisation. L'objectif de cette thèse concerne donc la synthèse de ces nouveaux matériaux hybrides carbone-carbone, leur nanostructuration et leurs caractérisations photophysique et radiophysique en vue de leur intégration dans de nouveaux prototypes fonctionnels de détecteur de contamination bêta aux performances améliorées en termes de sensibilité et de sélectivité. Ce sujet de recherche pourra s'appuyer sur les premiers résultats obtenus dans le cadre d'un projet ANR nommé DECISIoN (financement AAP ANR 2017) qui réunit les Laboratoires Capteurs et Architectures Electroniques (LCAE) et Capteurs Diamants (LCD) du CEA LIST, basés à Saclay, le Laboratoire Lumière, Nanomatériaux et Nanotechnologies (L2n) de l'Université Technologique de Troyes (UTT, CNRS EPL 7004), l'industriel NAPA Technologies (Archamps, Haute-Savoie) et le Service Départemental d'Incendie et de Secours de l'Essonne (SDIS91). Ce projet propose in fine la réalisation d'un prototype fonctionnel de détection et de mesure de contamination bêta en ambiance gamma importante et fluctuante.

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Optimisation conjointe forme d'onde et codage canal pour les systèmes sub-THz

Département Systèmes (LETI)

Laboratoire Sans fils Haut Débit

Master2, Traitement du signal, Codage

01-10-2020

SL-DRT-20-1008

valentin.savin@cea.fr

Réseaux de communication, internet des objets, radiofréquences et antennes (.pdf)

Les communications sans fil représentent un enjeu clé pour la société de l'information, avec une montée en débit allant jusqu'au Tb/s. Le spectre sub-THz (100-300 GHz) représente une réelle opportunité pour répondre à la croissance exponentielle du trafic de données, et jouera sans doute un rôle majeur dans les systèmes de communication 6G. Le développement de systèmes de communication sub-THz doit prendre en compte les contraintes spécifiques à l'utilisation de ces bandes de fréquence (fortes imperfections de phase dues aux oscillateurs hautes fréquences, contraintes importantes sur les convertisseurs embarqués, etc.), tout en répondant aux défis en termes de débit, efficacité spectrale, et complexité. Au-delà du choix d'une forme d'onde à grande efficacité spectrale, et adaptée au spectre sub-THz, le codage canal contribue de manière importante aux limitations de débit, à la complexité, et à la latence globale du système. Une optimisation conjointe de la forme d'onde et des algorithmes de codage canal devra donc être proposée. Dans ce contexte, l'objectif de la thèse est de proposer une optimisation conjointe de la forme d'onde et du codage canal pour les systèmes de communication sub-THz. Elle s'appuiera en partie sur des résultats récents concernant la conception de formes d'ondes pour les communications sub-THz (thèse DSYS 2017-2020), aussi bien pour des récepteurs cohérents ou non-cohérents. Le travail se décomposera en deux parties, concernant d'une part des aspects liés à la conception du code correcteur, afin de l'adapter aux formes d'ondes proposées, et d'autre part des aspects liés aux algorithmes de décodage, afin de répondre aux exigences de faible complexité des systèmes sub-THz. Ainsi, l'approche proposée se différencie en combinant la conception de formes d'ondes, la construction de code, et les algorithmes de décodage d'une manière holistique, afin de mettre à profit de manière optimale l'utilisation du spectre sub-THz.

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Modélisation, fabrication et caractérisation de microlasers pour les communications de données

Département d'Optronique (LETI)

Laboratoire de Photonique pour les Communications et le Calcul

Ecole d'ingénieur ou Master Physique de la matière condensée, Composants et matérieux Semiconducteurs et/ou micro nanotechnologie

01-10-2019

SL-DRT-20-1013

karim.hassan@cea.fr

Photonique, imageurs et écrans (.pdf)

Les besoins en communications de données ont explosé ces dernières années. Pour répondre à cette demande, les liaisons optiques utilisées pour les communications longues distances sont maintenant déployées pour des distances moyennes, dans les datacenters. Les composants fabriqués en photonique Si répondent à ces besoins : ils bénéficient des technologies CMOS permettant ainsi des coûts faibles de fabrication, des performances élevées et d'excellents rendements. Le CEA/Leti, fort de son expertise sur les technologies de report de couche, transfère des matériaux IIIV (type InP, à gap direct) sur les circuits photoniques en Si permettant ainsi d'intégrer des sources lumineuses. L'objectif de cette thèse est d'apporter une solution inédite à la gestion des communications très courtes distances (inter-puces, intra-puces) en réalisant, sur Silicium, des microlasers à membrane III-V à hétéro-structure enterrée, bénéficiant du report de III-V pour la ré-épitaxie des contacts. Ce type de microlaser permet de répondre aux nombreux défis des liens très courtes distances grâce à un compromis efficacité/compacité supérieur à l'état de l'art des lasers datacom tout en étant compatibles avec les lignes de fabrication CMOS. L'étudiant aura la charge de (i) dimensionner les microlasers grâce aux outils de simulations numériques disponibles au laboratoire puis (ii) fabriquer ces microlasers en s'appuyant sur les plateformes technologiques du CEA/Leti et enfin (iii) de caractériser électro-optiquement les composants.

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Modélisations, caractérisations et optimisations du transport électronique aux interfaces des cellules PV à contacts passivants

Département des Technologies Solaires (LITEN)

Laboratoire HETerojonction

Physique des semiconducteurs, dispositifs photovoltaïques

01-10-2020

SL-DRT-20-1015

wilfried.favre@cea.fr

Energie solaire pour la transition énergétique (.pdf)

Réduire les pertes résistives dans les cellules PV est un levier majeur pour atteindre les rendements ultimes. Les acteurs majeurs du PV tentent de qualifier ces pertes aux différentes interfaces des dispositifs mais il n'existe pas encore de consensus pour caractériser et modéliser ces pertes de façon fiable operando: nombreuses stratégies pour la fabrication des véhicules de tests (trop éloignées du procédé cellule) et leur caractérisation (structures transverses, planaires, à l'obscurité). Ce travail s'articule autour de deux tâches principales: (i) établir une méthodologie de référence pour analyser et quantifier les pertes résistives dans les cellules PV à l'aide d'un dispositif de caractérisation innovant. (ii) développer et valider un modèle physique des interfaces et contacts. Ces nouvelles connaissances permettront d'optimiser les cellules PV silicium en fonction des conditions d'éclairement et de température, mais aussi la collecte et recombinaison des charges dans les cellules tandem.

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Mécanismes d'interaction de l'hydrogène avec les défauts de volume du silicium et d'interface dans les contacts passivés des cellules PV

Département des Technologies Solaires (LITEN)

Laboratoire HoMoJonction

Matériaux / Physique du solide

01-10-2020

SL-DRT-20-1018

raphael.cabal@cea.fr

Energie solaire pour la transition énergétique (.pdf)

Bien que fluctuant, le marché du photovoltaïque est toujours dominé par les technologies silicium occupant ~94 %. Les architectures de cellule homo-jonction les plus prometteuses intègrent systématiquement un contact dit « passivé » à travers un empilement de silicium poly-cristallin sur oxyde tunnel. L'hydrogénation de telles structures permet d'atteindre des rendements très performants >25%. Néanmoins, l'introduction d'hydrogène peut également mener par des effets d'accumulation aux interfaces à la délamination des couches ou à des pertes résistives dégradant significativement l'efficacité du dispositif final. Pour éviter ses effets et développer ce type de structure avec les rendements associés, il est primordial de comprendre les interactions de l'hydrogène mises en jeu et de comprendre son rôle dans les phénomènes de passivation. Cependant, l'hydrogène est un élément extrêmement difficile à caractériser de par sa nature même. Sa caractérisation représente donc un réel challenge, auquel s'ajoutent les difficultés liées à l'état de surface texturée du silicium solaire et à la configuration des interfaces poly-Si/SiOx/Si. Pour répondre à ce défi, le travail proposé ici sera de mettre en ?uvre et corréler les techniques de caractérisation, permettant à la fois de localiser et quantifier l'hydrogène dans le volume du silicium et aux interfaces des structures de contact passivés. La mise en place d'une méthodologie de caractérisation mènera à l'objectif majeur de la thèse qui est de proposer des mécanismes d'interaction de l'hydrogène avec les défauts et son rôle dans la qualité des contacts passivés. Cela permettra d'ouvrir des perspectives pour le développement et l'optimisation des structures à contact passivé. Cette étude bénéficiera de l'infrastructure de réalisation des échantillons du CEA-LITEN à INES et des moyens de caractérisation de la plateforme de nano-caractérisation avec son environnement d'experts.

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Optimisation de la reconstruction tomographique X des pièces de fabrication additive par ajout d'information a priori

Département Imagerie Simulation pour le Contrôle (LIST)

Laboratoire Méthodes CND

école d'ingénieur (généraliste, informatique, automatique), master vision par ordinateur

01-10-2018

SL-DRT-20-1025

caroline.vienne@cea.fr

Fabrication additive, nouvelles voies d?économie de matériaux (.pdf)

La tomographie par rayons X (RX) est une méthode de contrôle non destructif très efficace pour déterminer les caractéristiques de la structure interne d'un objet (ses dimensions, sa forme, sa densité) et y détecter d'éventuels défauts. Dans le contexte de la fabrication additive, elle se positionne comme la méthode de contrôle la plus prometteuse en raison de sa capacité unique à inspecter des structures internes complexes sans endommager la pièce. Cependant les systèmes commerciaux actuels qui consistent généralement à positionner l'objet à inspecter sur un plateau tournant dans un espace restreint, offrent peu de souplesse vis-à-vis de la forme et de la taille de l'objet ou vis-à-vis de l'application visée. Dans ce contexte, l'inspection robotique est l'un des enjeux majeurs dans le domaine du contrôle par rayons X et le Département d'Imagerie et Simulation pour le Contrôle (DISC) du CEA LIST s'est doté d'une plateforme d'imagerie X robotisée. Les algorithmes de reconstruction tomographique itératifs développés au sein du laboratoire pour les trajectoires robotiques donnent de bons résultats pour des objets entièrement inclus dans le champ de vue du détecteur mais ne sont pas adaptés dans le cas où les projections de l'objet sont tronquées. L'objectif de cette thèse est d'optimiser ces algorithmes en y intégrant des informations sur la pièce à inspecter telles que son matériau et son modèle 3D, qui sont connues pour les pièces de fabrication additive. Dans un second temps, il s'agira de développer une méthode d'optimisation pour choisir les vues les plus adaptées à une reconstruction fiable de l'objet à partir de son modèle géométrique et de la simulation.

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Integrations de dispositifs innovants mixants RF et applications faibles puissances en vue d'une platforme SOC FDSOI avancée

Département Composants Silicium (LETI)

Laboratoire d'Intégration des Composants pour la Logique

MASTER 2 microelectronique, nanotechnologies etc...

01-10-2020

SL-DRT-20-1027

claire.fenouillet-beranger@cea.fr

Matériaux et procédés émergents pour les nanotechnologies et la microélectronique (.pdf)

Les appareils mobiles (portables, smartphones, etc?) connectés au cloud permettent une communication partout et à tout moment. Les récents développements en communication sans fils avec l'émergence des standards radiofréquences comme les LTE, LTE-A et 5G apportent de nouveaux challenges. Un des challenges les plus importants est d'intégrer plus de complexité, d efficacité de puissance à un moindre cout sur une même puce. En parallèle, le développement de CMOS nanométriques aussi bien qu'au-delà du CMOS pour le switching, les mémoires et les fonctions analogiques, le besoin croissant d'intégrer des fonctions hétérogènes (communication RF, sensors, actuators etc?) aide à migrer vers des intégrations system in package (SiP) ou SOC. En effet les SOC avec intégrations hétérogènes de multiples technologies ont vraiment révolutionné l'industrie des semi-conducteurs. Grace aux substrats SOI trap-rich inventés par l'UCL et développé en collaboration avec SOITEC, les performances RF sur ce type de substrat sont excellentes. De plus la présence de l'oxyde enterrée ne réduit pas seulement les capacités mais offre aussi l'opportunité d'utiliser des substrat haute résistivité, afin de réduire les pertes RF liées au substrat ainsi que le couplage. Cependant dans le cas de SOC l'intégration trap-rich doit être localisée et des solutions doivent donc être envisagées. Le candidat devra donc : Intégrer des structures RF sur une plateforme 300mm 28nm FDSOI Caractériser l'impact des substrats HR, trap-rich, etc?sur les figures de mérites RF Imaginer et intégrer des process flow avec des modules Trap-rich localisés Intégrer des modules technologiques sur des nouveaux designs et les caractériser

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Détection et classification de changement d'état émotionnel par Machine Learning. Application à la détection de pics de stress à partir de capteurs wearables et nearables

Département Systèmes (LETI)

Laboratoire Signaux et Systèmes de Capteurs

Master ou Ingénieur mathématiques, traitement du signal

01-10-2020

SL-DRT-20-1028

vincent.heiries@cea.fr

Data intelligence dont Intelligence Artificielle (.pdf)

Ce travail de thèse se concentre sur l'analyse du stress humain par fusion de données capteurs et méthodes statistiques. Il existe plusieurs types de stress affectant l'humain, notamment le stress chronique et le stress aigu. Nous nous intéresserons dans cette étude au stress aigu ou pic de stress (peur-panique) qui est problématique car il peut être traumatique, et surtout invalidant/inhibant lors d'une tâche cruciale à effectuer. On parle de stress aigu lorsque l'agent stresseur survient brusquement et provoque une réponse d'adaptation rapide. La problématique posée par ce sujet est donc la détection voire l'anticipation de la survenue d'un pic de stress qui peut être considéré comme un évènement inhabituel, relativement rare, d'amplitude variable. En terme de méthode de traitement du signal, ce travail fera appel aux méthodes de type event-driven processing. Par ailleurs, la détection et la classification de ces évènements conduisant à un pic de stress sera obtenue au travers d'une fusion de données multi-capteurs multi-physiques. Ces capteurs pouvant être des capteurs de signaux portés par la personne (ECG, PPG, EDA, capteur de respiration, accéléromètre?) ou des capteurs monitorant l'individu à distance (analyse faciale vidéo, champ sémantique de la parole, prosodie). Les algorithmes permettant de classifier les évènements de pic de stress à partir des signaux obtenus par cet ensemble de capteurs seront à développer à partir de la famille des méthodes de machine learning (par exemple non limitatif : Algorithmes de Deep Learning ou de reinforcement Learning ). Les applications de ce système de détection et de classification de stress sont larges, allant par exemple du chirurgien à l'opérateur industriel soumis à une charge mentale élevé, du contrôleur aérien au pompier, ou de manière générale à toute personne soumise à une tâche cruciale à effectuer et pour laquelle toute perte de capacité pourrait être critique. Ce système ouvrira la voie à la mise en place d'une gestion du stress appropriée et adapté à chaque individu.

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microbatteries intégrées pour stockage à forte densité d'énergie

Département Composants Silicium (LETI)

Laboratoire Stockage et Microsources d Energie

electrochemistry, microelectronics, physics

01-09-2020

SL-DRT-20-1032

sami.oukassi@cea.fr

Technologies pour la santé et l?environnement, dispositifs médicaux (.pdf)

la miniaturisation continue des composants électroniques autonomes a mis en exergue le besoin de développer des solutions innovantes de stockage de l'énergie. les microbatteries sont parmi les composants de stockage électrochimique qui présentent les meilleures performances notamment en termes de densité d'énergie et de puissance. Toutefois, nombreuses applications demandent une excellente stabilité en cyclage, non encore atteint par les microbatteries actuelles. Dans le cadre de ce travail, nous considérons de nouvelles architectures de microbatteries à la fois à l'échelle du composant et des matériaux afin d'améliorer la tenue en cyclage. Un premier objectif consistera à étudier les corrélations entre les propriétés physico-chimiques des matériaux de cathode et les performances électriques associées. En parallèle, un deuxième objectif sera d'évaluer de nouvelles anodes (matériaux/structures) pour optimiser la stabilité en cyclage actuelle. Dans ce contexte, une étude compréhensive sera menée afin de déterminer les mécanismes inhérents aux différentes phases de variation de capacité pendant le cyclage. Le candidat sera amené à développer un modèle de fiabilité sur la base des données expérimentales obtenues. Un troisième objectif portera sur le développement de nouveaux protocoles de tests électriques qui permettront le tri des composants sur plaquette.

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Conception, fabrication et caractérisation de composants photoniques Silucium sub-longueur d'onde par lithographie à immersion

Département d'Optronique (LETI)

Laboratoire d'Intégration Photonique sur Silicium

Ecole d'ingénieur ou Master Physique de la matière condensée, Composants et matérieux Semiconducteurs et/ou micro nanotechnologie

01-10-2020

SL-DRT-20-1042

cecilia.dupre@cea.fr

Photonique, imageurs et écrans (.pdf)

Les besoins en communications de données ont explosé ces dernières années. Pour répondre à cette demande, les liaisons optiques utilisées pour les communications longues distances sont maintenant déployées pour des distances moyennes, dans les datacenters. Les composants fabriqués en photonique Si répondent à ces besoins : ils bénéficient des technologies CMOS permettant ainsi des coûts faibles de fabrication, des performances élevées et d'excellents rendements. La structuration sub-longueur d'onde du Silicium permet d'obtenir de nouvelles propriétés optiques de ces composants. Cette structuration périodique du guide optique en Silicium a déjà été exploré et a démontré des propriétés fortement améliorées : réduction des pertes et augmentation significative de la bande passante. Par ailleurs, le CEA-Leti dispose d'une plateforme photonique Si comprenant un outil de lithographie à immersion permettant de définir des de manière robuste et précise ces nouveaux composants aux dimensions agressives (50nm). Les objectifs de cette thèse sont de (i) dimensionner de nouveaux composants large bande et faibles pertes en utilisant la structuration sub longueur d'onde (ii) mettre en oeuvre leur fabrication au sein d'une plateforme Si pour aller au-delà des démonstrations laboratoires déjà disponibles et (iii) caractériser les composants obtenus. Cette thèse basée au CEA-Leti (Grenoble) se déroulera en étroite collaboration avec le C2N-CNRS (Paris-Saclay).

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Végé-voltaïque : Approche solaire pour la conception d'un quartier vert : Optimisation du couplage entre le solaire photovoltaïque et la végétation à différentes échelles

Département des Technologies Solaires (LITEN)

Laboratoire enveloppe et Intégration du PhotoVoltaïque

Ingénieur Génie Civil, Génie Energétique, Généraliste, Matériaux, Science du vivant

01-10-2020

SL-DRT-20-1046

ya-brigitte.assoa@cea.fr

Energie solaire pour la transition énergétique (.pdf)

L'atteinte des objectifs énergétiques européens demande la conception de quartiers plus verts, donc leur végétalisation, mais aussi l'intégration d'énergies renouvelables telles que le solaire photovoltaïque. Un agencement optimal de ces deux éléments est indispensable avec la densification urbaine suivant leurs contraintes spécifiques, parfois en conflit, pour un bon rendement énergétique et de croissance (occupation de superficies au sol ou sur le bâtiment, conditions météorologiques?). Cette thèse a pour objectif une analyse approfondie des critères de dimensionnement d'installations solaires et des plants de végétation permettant leur symbiose dans le paysage urbain. Le travail consistera en l'étude numérique et expérimentale à différentes échelles (bâtiment et au sol) de solutions optimisant le choix de la technologie photovoltaïque selon le type de plantes et l'impact visé sur leur vitesse de croissance et leur durée de vie, ainsi que leur disposition. Une approche de conception optimisée du système basée sur la gestion des échanges thermiques (émissivité en face arrière) et optiques (transmission et réflexion du rayonnement solaire) entre le module photovoltaïque et les plantes environnantes sera définie. Un modèle thermique, électrique et optique validé suivant les solutions définies de dispositions du système module PV et plantes (bâtiment, au sol et sur structure support) sera proposé.

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Amélioration et compréhension de la tenue des générateurs solaires à base de cellule silicium sous environnement sévère

Département des Technologies Solaires (LITEN)

Laboratoire Photovoltaïque à Concentration

01-09-2020

SL-DRT-20-1061

philippe.voarino@cea.fr

Energie solaire pour la transition énergétique (.pdf)

La thèse s'effectuera à l'interface de plusieurs laboratoires du Département des Technologies Solaire (DTS) du CEA situé au Bourget du Lac sur le campus de l'Institut National pour l'Energie Solaire (INES). L'objectif de cette thèse est d'améliorer la tenue aux conditions environnementales (radiations, e/H+, UV, cyclage thermique) des générateurs solaires spatiaux à base de cellules solaires silicium, et de mieux comprendre les mécanismes de dégradations cellules/matériaux associés. En contrôlant finement la fabrication des cellules (dopage, impureté, architecture, etc.) et des modules (Matériaux, épaisseur, architecture, piégeage optique, etc.), il est possible d'améliorer la performance des modules Silicium en fin de vie tout en conservant un prix (?/W) compétitif, inférieur de 1 à 3 ordre de grandeur à des modules III-V spatiaux.

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Modélisation de la flexibilité des consommations énergétiques à plusieurs échelles spatiales et temporelles

Département des Technologies Solaires (LITEN)

Laboratoire Systèmes Electriques Intelligents

Master 2 en énergie

01-10-2020

SL-DRT-20-1068

xavier.lepivert@cea.fr

Efficacité énergétique pour bâtiments intelligents, mobilité électrique et procédés industriels (.pdf)

Dans un contexte d'intégration massive de production renouvelable non pilotable (éolien et photovoltaïque), l'impératif « production = consommation » impliquera dans l'avenir d'agir de plus en plus sur le second terme de cette égalité. De nombreuses questions se posent sur le potentiel réel de flexibilité de la consommation dans un cadre smartgrid, et ce suivant le niveau géographique auquel on se place mais aussi la plage temporelle d'activation. Le pilotage des flexibilités ainsi que leur valorisation, vont nécessiter des modèles variés, différents suivant les marchés (services systèmes, SPOT, intraday, ajustement) et le niveau géographique considéré (habitat individuel, collectif, quartier, ville). La thèse s'attachera à développer : - Des modèles de consommations électriques et de flexibilités associées à ces consommations - Des algorithmes d'apprentissage /paramétrisation de ces modèles. Ces derniers seront orientés « big data ». - Des méthodologies de passage d'un modèle à un autre Pour mener à bien ces travaux, on s'appuiera sur des outils de simulation existants pour les échelles spatiales les plus fines ainsi que sur une base de données de mesures de consommation (Linky).

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Etude et fiabilisation d'une technologie capacitive hybride

Département Composants Silicium (LETI)

Laboratoire Stockage et Microsources d Energie

MsC Matériaux

01-09-2020

SL-DRT-20-1073

sami.oukassi@cea.fr

Matériaux et procédés émergents pour les nanotechnologies et la microélectronique (.pdf)

L'objet de cette thèse est de porter/stabiliser le procédé de réalisation de capacités hybrides, présentant une combinaison de propriétés uniques en termes de densité énergétique (densité de stockage ionique de l'ordre de 43mJ/mm3) et de réponse fréquentielle (mode électrostatiques démontré jusqu'à 30GHz, dans des structures nano-poreuses 3D disponibles en technologies 8''. Les principaux verrous technologiques identifiés sont : ? les étapes d'intégration de la structure MIM (Metal Isolant Metal) hybride déposée par ALD sur des wafers comportant des nano-structures 3D à très forte surface développée, y compris les opérations de lithographie afférentes, ? la modélisation électrique des propriétés du composant, en particulier dans des conditions d'utilisation pertinentes (large signaux courant/tension et couverture fréquentielle), ? l'identification des modes de défaillance du composant, la définition et démonstration de techniques d'accélération du vieillissement et l'extraction des modèles de durée de vie afférents.

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Développent et caractérisation de matériaux avancés pour l'intégration dans la jonction de tunnel/recombinaison des deux et trois terminaux tandem

Département des Technologies Solaires (LITEN)

Laboratoire HETerojonction

Ingénieur, matériaux, physique

01-10-2020

SL-DRT-20-1092

delfina.munoz@cea.fr

Matériaux et procédés émergents pour les nanotechnologies et la microélectronique (.pdf)

Aujourd'hui, la technologie du silicium à simple jonction domine le marché photovoltaïque, avec plus de 90% de part de marché. Cependant, l'efficacité de conversion des cellules solaires de silicium, avec un record rapporté à 26,7%, a approché sa limite théorique (29%). Pour réduire les pertes de thermalisation et améliorer l'efficacité, les cellules de silicium ont été couplées à des semi-conducteurs à bande interdite pour former des cellules en tandem. Le couplage du silicium aux pérovskites apparaît comme une solution particulièrement prometteuse car les pérovskites présentent des performances élevées (une efficacité de conversion de 25,2% a été atteinte en quelques années), possèdent une bande passante adaptée, une épaisseur facilement ajustable et permettent une polyvalence de procédés de dépôts. Par conséquent, les tandems silicium / pérovskite ont le potentiel de devenir une technologie à haut rendement dans l'avenir du photovoltaïque. Depuis 2015, plusieurs démonstrations ont déjà été publiées, soit en configuration 2 terminaux (2T, les deux cellules connectées en série) soit en architecture 4 terminaux (4T, empilement de cellules), avec des rendements records supérieurs à 29% aujourd'hui. Un des enjeux principaux est la jonction entre les deux sous-cellules qui doit assurer un comportement électrique de passage des charges sans pertes par recombinaison ou optiques. Actuellement les oxydes transparents conducteurs sont les plus utilisés, mais ils ont des absorptions parasitiques importantes avec des pertes associées. Dans cette thèse, on a comme objectif développer des nouveaux matériaux pour la couche d'interface d'une cellule tandem pérovskite/hétérojonction avec adaptation d'index optique par différentes techniques et avec les deux possibles configurations, en jonction tunnel ou en recombinaison et les caractériser électriquement, optiquement et morphologiquement. En plus, la simulation électrique et optique des matériaux permettra optimiser la cellule complète dans les différentes configurations. Finalement, des études de stabilité et intégration seront faits sur les jonctions plus prometteuses.

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Apprentissage et Adaptation avec l'Humain dans la Boucle des Situations Incertaines et Imprévisibles dans les Systèmes Autonomes Basés sur l'IA

Département Ingénierie Logiciels et Systèmes (LIST)

Labo.conception des système embarqués et autonomes

Informatique, Mathematique

01-10-2020

SL-DRT-20-1108

huascar.espinoza@cea.fr

Data intelligence dont Intelligence Artificielle (.pdf)

Les systèmes autonomes évoluant vers des systèmes auto-adaptatifs, poussés par des techniques d'Intelligence Artificielle (IA) telles que l'apprentissage automatique/profond. L'émergence de l'autonomie signifie que le logiciel subjacent doit fonctionner dans un monde ouvert et très dynamique, capable de s'adapter de manière autonome au moment de l'exécution à de nouvelles conditions d'environnement ou à des situations imprévisibles. En particulier, cette thèse envisage d'explorer la combinaison des capacités des humains et des algorithmes pour détecter les régions d'incertitude et éviter les situations dangereuses dans le monde réel et transférer le contrôle entre une machine et un humain (ou vers l'agent le plus sûr). Les systèmes autonomes basés sur l'apprentissage profond sont d'abord entrainés dans des environnements de simulation avant de les déployer dans le monde réel. Alors que les simulateurs fournissent des environnements d'entrainement de plus en plus réalistes, il y a toujours un écart entre la simulation et l'apprentissage, car les données d'apprentissage ne capturent pas certains espaces fonctionnels et le modèle IA ne les apprend pas en raison de l'incomplétude du simulateur pour refléter la complexité du monde réel. Notre objectif est de trouver des méthodes pour détecter des situations inconnues en combinant l'apprentissage par simulation avec l'apport humain à partir des données de démonstration.

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