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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

01-10-2021

SL-DRT-21-0031

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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Attestation d'un temps écoulé dans un dispositif embarqué

Département Systèmes (LETI)

Laboratoire Sécurité des Objets et des Systèmes Physiques

bac+5 / M2 sécurité des systèmes embarqués, cyber-sécurité, cryptographie

01-10-2021

SL-DRT-21-0089

christine.hennebert@cea.fr

Cybersécurité : hardware et software (.pdf)

Avec l'émergence d'un protocole sécurisant un historique de transactions sur un réseau de pair-à-pair, Bitcoin a introduit en 2009 la première crypto-monnaie numérique et décentralisée. La sécurité du protocole Bitcoin s'appuie sur la preuve de travail et sur des règles et procédures communes aux pairs du réseau voulant participer au consensus, c'est-à-dire au choix du prochain bloc de données qui sera ajouté au ledger partagé et répliqué. La preuve de travail présente deux inconvénients majeurs. D'une part, elle assure la sécurité par construction en requérant des n?uds participants au consensus un travail dont l'intensité correspond au maximum de la loi de Moore, ce qui est évidemment très consommateur d'énergie. D'autre part, la parallélisation de ce processus de preuve avec une implémentation dans des ASICs rend le système vulnérable à des attaques de type Sybil en recentralisant les ressources. Cette vulnérabilité est exploitée par les pools de mining. Le présent sujet de thèse vise à construire une preuve destinée à l'embarqué et aux objets contraints en ressources, qui assure la sécurité d'un historique de transactions à faible consommation. Le travail se concentrera sur l'implémentation embarqué du mécanisme de preuve sur une plateforme de type « system-on-module » en s'appuyant sur une composant matériel de sécurité de type TPM 2.0 (Trusted Platform Module) comme racine de confiance (« root-of-trust »). La solution introduite devra être robuste aux inconvénients et vulnérabilités précités.

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Injection de fautes et Intégrité des réseaux de neurones embarqués : attaques, protections, évaluation

Département Systèmes (LETI)

Laboratoire Sécurité des Objets et des Systèmes Physiques

Intelligence Artificielle; Microélectronique; Systèmes embarqués

01-02-2021

SL-DRT-21-0159

pierre-alain.moellic@cea.fr

Data intelligence dont Intelligence Artificielle (.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 Fault Injection Analysis (FIA) ciblant l'intégrité des modèles (tromper une prédiction) 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 de modèles de fautes : comment exploiter des disfonctionnements par injections de fautes (laser, EM ou glitch) pour tromper la prédiction d'un modèle de type réseau de neurones profond en minimisant la perturbation. (2) Evaluation des mécanismes de protections classiques : quel est la pertinence et l'efficacité des schémas de défenses classiques (e.g. mécanismes de redondances) pour ce type de systèmes et de menaces ? (3) Développement de nouvelles protections appropriées aux réseaux de neurones embarqués.

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Solution autonome de gestion des réseaux déterministes en utilisant les techniques de l'Intelligence Artificielle (IA)

Département Intelligence Ambiante et Systèmes Interactifs (LIST)

Laboratoire Systèmes Communiquants

01-02-2021

SL-DRT-21-0178

siwar.benhadjsaid@cea.fr

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

L'objectif de la thèse est d'étudier l'apport de l'Intelligence Artificielle (IA) dans le cadre de la gestion des réseaux déterministes afin d'assurer la préservation de la qualité de service (QoS) lors de l'acheminement des flux de données de bout-en-bout. Ceci permettra de concevoir une solution autonome de gestion des réseaux, capable de configurer les réseaux déterministes de la manière la plus appropriée et d'adapter la configuration selon le besoin (par exemple, nouveau terminal qui se connecte au réseau, forte latence inattendue pour certains flux critiques, changement de la topologie causé par la réorganisation/reconfiguration de composants de la chaine de production dans l'usine etc.). Cette solution utilisera les méthodes de l'intelligence artificielle pour apprendre par l'expérience les conditions qui amènent au non-respect des exigences des flux applicatifs (forte latence, faible bande passante?). L'apprentissage intervient pour reconnaitre, en amont, les situations pouvant amener le non-respect des contraintes des flux applicatifs et également prévoir les effets de modifications des données d'entrées (nouveau terminal, réorganisation de la topologie sous-jacente, etc.) sur les niveaux de QoS assurés aux flux en cours d'acheminement. En se basant sur une telle connaissance, la solution anticipera les situations de dégradation de la QoS et, en conséquence, mettra en place une reconfiguration du réseau déterministe pour préserver la QoS qui permettra de respecter les contraintes associées à chaque flux applicatif.

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Allocation de ressources distribuée pour des réseaux maillés d'utilisateurs mobiles en spectre partagé

Département Systèmes (LETI)

Laboratoire Sans fils Haut Débit

Ecole d'ingénieur/ Master2 informatique / télécom

01-09-2021

SL-DRT-21-0186

mickael.maman@cea.fr

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

Dans les futurs réseaux 5G, il sera important de pouvoir déployer et gérer facilement un réseau privé d'utilisateurs mobiles comme une flotte de véhicules ou de drones. L'objectif de cette thèse est de définir une allocation de ressources distribuée pour des réseaux maillés d'utilisateurs mobiles dans le spectre partagé grâce à une mise en commun de ressources (temps/fréquence) et au management efficace des faisceaux d'antennes directives. Alors que les études existantes portent principalement sur la maximisation des performances de réseaux maillés multi-beam de type backhaul statique, nous nous intéresseront à un apprentissage local/distribué collaboratif entre des utilisateurs mobiles. La première étape de cette thèse sera d'intégrer un modèle réaliste d'antennes directives sub 6-GHz et/ou mmW dans un simulateur réseau. Le premier objectif sera de faire un compromis entre la spatialité de la directivité, l'efficacité de l'antenne et la complexité de l'algorithme pour des communications point à point et point à multi-point. Le second objectif sera de contextualiser les fonctionnalités de l'antenne entre les phases de communication, de découverte ou de suivi. La seconde étape de cette thèse concernera le design du protocole d'allocation de ressources distribuée durant différentes étapes de la vie du réseau: le déploiement, l'auto-optimisation et l'auto-guérison. Un compromis sera fait entre le type et le temps de (re)configuration des antennes, la précision de l'alignement des faisceaux, le temps de cohérence du canal pour des utilisateurs mobiles (connectivité volatile) et le temps de convergence du protocole d'allocation.

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Conception automatique d'architectures matérielles sécurisées

Département Systèmes et Circuits Intégrés Numériques

Laboratoire Environnement de Conception et Architecture

Master 2 en cybersécurité

01-10-2021

SL-DRT-21-0190

caaliph.andriamisaina@cea.fr

Cybersécurité : hardware et software (.pdf)

Les systèmes embarqués sont de plus en plus omniprésents et interconnectés, ils sont une cible attrayante pour les attaques de sécurité. L'aspect sécurité devient ainsi de plus en plus important lors de la conception de ces systèmes dans la mesure où une vulnérabilité dans un système peut compromettre toute une infrastructure de systèmes connectés. Ainsi, chaque système contribue à la construction d'une chaine globale de confiance. En outre, étant donné la complexité croissante des applications qui fonctionnent sur ces systèmes, il devient de plus en plus difficile de répondre à tous les critères de sécurité (par exemple, le cloisonnement d'applications, l'authentification des systèmes, la protection des données secrètes et privées, la protection des communications). La conception de ces systèmes nécessite donc une analyse approfondie des différentes contraintes de sécurité auxquelles ils sont soumis en fonction d'un modèle de menaces associé à l'attaquant potentiel. Alors que les objectifs de conception extra-fonctionnelle tels que la performance, la consommation de puissance et la surface sont généralement bien pris en compte dès les toutes premières étapes de la conception des systèmes embarqués, la sécurité est encore généralement considérée à posteriori, ce qui conduit à des solutions de sécurité vues comme des ajouts au système initial. Cette approche de conception doit être repensée afin de développer des solutions intégrant la sécurité par construction et non plus comme un élément additionnel venant a posteriori ajouter certaines fonctions de sécurité. L'objectif de cette thèse est donc de prendre en compte les contraintes de sécurité en plus des contraintes de performance, de consommation de puissance et de surface lors de l'étape d'exploration de l'espace de conception (DSE) des architectures matérielles afin de générer automatiquement une architecture optimisée vis-à-vis de toutes ces contraintes. Cette étude débutera par une analyse des modèles de menaces notamment vis-à-vis des attaques matérielles et des contre-mesures existantes au niveau matériel. Un travail sur les méthodes permettant de modéliser et quantifier la sécurité dans le cadre d'une étape de DSE devra également être mené dans la mesure où il sera indispensable de bien caractériser les techniques et approches permettant de prendre en compte les besoins de sécurisation des systèmes. De cette étape, le candidat proposera un flot de DSE d'architectures matérielles prenant en compte les contraintes de sécurité, en plus des contraintes de consommation de puissance, de performance et de surface. Il s'agira de pouvoir analyser les compromis sécurité, surface, consommation et performance en fonction des spécifications des concepteurs à la fois au niveau fonctionnel et non fonctionnel. Ce flot sera ensuite appliqué à un cas concret de conception d'architecture matérielle afin de valider l'approche DSE développée. Les solutions développées devront, vis-à-vis de la contrainte sécurité, démontrer leur niveau de robustesse afin de garantir la sécurité des systèmes tout en respectant et optimisant les autres contraintes de conception.

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Preuve d'équivalence fonctionnelle de codes binaires dans le cadre de la sécurisation de programmes

Département Systèmes et Circuits Intégrés Numériques

Laboratoire Fonctions Innovantes pour circuits Mixtes

Master 2 informatique

01-10-2021

SL-DRT-21-0192

damien.courousse@cea.fr

Cybersécurité : hardware et software (.pdf)

La thèse se place dans le contexte de la cyber-sécurité des systèmes embarqués et des objets connectés, plus particulièrement de leur sécurisation contre les attaques physiques (attaques par canal auxiliaire et attaques par injection de fautes). Le CEA List développe une chaîne de compilation basée sur LLVM, COGITO, pour l'application automatisée de contre-mesures contre les attaques physiques. Deux éléments sont cruciaux pour renforcer la confiance dans la robustesse des contre-mesures appliqués dans les programmes binaires compilés : 1. la preuve de robustesse des contre-mesures mises en ?uvre, 2. la preuve que l'ajout de contre-mesures au programme cible n'en modifie pas la fonctionnalité. Cette thèse ciblera le deuxième point : pouvoir apporter des garanties formelles sur la conformité fonctionnelle d'un programme sécurisé. Notre approche visera à prouver l'équivalence fonctionnelle du programme sécurisé à un autre programme de référence. Nous utiliserons BINSEC (), une plate-forme open-source d'analyse de code binaire développée au CEA List s'appuyant sur l'état de l'art en matière d'analyse de code binaire et de méthodes formelles. La thèse se déroulera sur le centre de Grenoble du CEA, dans un environnement pluridisciplinaire : cyber-sécurité, conception logicielle et matérielle de circuits, intelligence artificielle, etc. Plusieurs séjours courts seront prévus pour assurer une étroite collaboration avec l'équipe de recherche qui travaille sur BINSEC, basée sur le centre de Saclay du CEA.

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Capteurs piézoélectriques souples & innovants pour interface tactile et acoustique - Capteurs multifonctions

Département Systèmes (LETI)

Laboratoire Autonomie et Intégration des Capteurs

Ecoles d'ingénieurs / Master 2 en nanotechnologies, physique du solide, expérimentation et simulations (COMSOL), ou mécatronicien avec des connaissances en électronique, architectures électroniques et programmation.

01-09-2021

SL-DRT-21-0205

elise.saoutieff@cea.fr

Systèmes cyberphysiques - capteurs et actionneurs (.pdf)

Le CEA a mis au point un nano capteur piézoélectrique apte à restituer des efforts mécaniques selon les 3 axes. Ce capteur est composé de nanofils de GaN obtenus par croissance organisée, lesquels présentent des propriétés piézoélectriques. Un des objets de la thèse est d'utiliser ce capteur pour former une matrice tactile et déformable via l'assemblage et l'intégration de plusieurs de ces capteurs dans un substrat souple. Cette surface tactile doit permettre ensuite de restituer les efforts/déformations appliqués en chacun de ses points via une structuration particulière de la surface et une électronique d'interrogation adaptée. Cette technologie a fait l'objet de plusieurs développements, dont une thèse, en interne CEA et avec des collaborations extérieures ; le candidat s'appuiera sur une électronique développée au laboratoire. Des efforts de compréhension et d'optimisation sont encore à poursuivre, notamment pour modéliser l'interaction entre les nanofils, la matrice et le substrat souple, l'ensemble étant sollicité par l'environnement extérieur. Pour cela le candidat pourra s'appuyer sur les compétences du laboratoire et sur des outils de simulations multi-physique mis à sa disposition. Les résultats de la modélisation permettront de dimensionner la matrice idéale (épaisseur du substrat, longueur des nano-fils, structuration de la surface, disposition des électrodes de collecte des charges?). A partir de ce dimensionnement, et à l'aide de l'équipe du laboratoire, il fabriquera un prototype qui permettra notamment de confronter les simulations avec les résultats expérimentaux. Les travaux proposés visent également à répondre à des questions fondamentales autour du couplage d'effets piézoélectriques avec les effets pyroélectriques, optique voir acoustique, intrinsèques au GaN. Les effets de la température ou du couplage piézoélectrique/pyroélectrique sur le comportement physique (et électronique) du capteur seront étudiés. Ces aspects pourront venir complémenter le modèle existant. De plus, de nombreux axes d'amélioration demeurent par l'utilisation de nouveaux matériaux qu'il conviendra de caractériser en vue de l'application (caractérisations structurale, mécanique, électrique, optique, thermique). Les applications visées sont typiquement la peau électronique pour la robotique, la mesure de textures, la reconnaissance de la forme des objets, les interfaces tactiles intégrant notamment la mesure d'effort multipoints et multi-directions et la mesure des efforts en glissement. De plus, la multifonctionnalité du capteur peut ouvrir la voie à de nouvelles applications innovantes.

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Architectures et circutis recepterus RF mmW large bande pour modulations innovants

Département Systèmes (LETI)

Laboratoire Architectures Intégrées Radiofréquences

Master recherche en RF et ou microelectronique

01-03-2021

SL-DRT-21-0216

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'émetteurrécepteur 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 défis liés a l'augmentation du débit susmentionné dans les environnements sans fil, compte tenu des limites imposées par les dispositifs électroniques existants nécessaires à la construction des émetteursrécepteurs. Actuellement, certaines solutions ont été proposées d'un point de vue théorique qui doivent être avancées afin de trouver une mise en oeuvre 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 oeuvre 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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Espace d'adressage unifié pour calculateurs massivement parallèles

Département Systèmes et Circuits Intégrés Numériques

Laboratoire Systèmes-sur-puce et Technologies Avancées

Master 2 en informatique ou architetcure des ordinateurs

01-09-2021

SL-DRT-21-0248

christian.fabre1@cea.fr

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

La généralisation d'une organisation hiérarchique des machines HPC en n?uds de plusieurs douzaines de c?urs de calculs interconnectés par un réseau de communication à haute performance a morcelé les systèmes d'exploitation et a complexifié fortement l'écriture des applications. La proposition d'une architecture de processeur 128 bit par la communauté RISC-V offre la possibilité de réinterpréter les concepts fondamentaux au vu de ces évolutions de fond de la structure des machines. Cette proposition offre notamment l'occasion de repenser l'adressage mémoire à l'échelle de toute la machine, et non localement au niveau de chaque n?ud. L'objet de cette thèse sera d'étudier les opportunités ainsi offertes, de proposer des stratégies de gestion d'un espace d'adressage 128 bits à l'échelle de la machine, et d'en évaluer la faisabilité technique, matérielle et logicielle, et les performances visées. Le Directeur de recherche pour cette thèse sera le Prof. Prof. Frédéric Pétrot, from Grenoble-INP/ENSIMAG. Christian Fabre (software) & Cesar Fuguet Tortorelo (hardware) du CEA LIST, seront les co-encadrants du doctorant.

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Millimeter Wave Short Range RadCom

Département Systèmes (LETI)

Laboratoire Architectures Intégrées Radiofréquences

M.Sc Digital communication and signal processing Wireless integrated circuit and systems

01-09-2021

SL-DRT-21-0258

cedric.dehos@cea.fr

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

Les prochains dispositifs mobiles devraient embarquer des circuits d'émission réception en bande millimétrique leur permettant d'échanger des données à très haut débit à courte portée (quelques cm), en remplacement des cables et connecteurs. Leur très large bande passante pourrait être également mise à profit pour des applications de radar de proximité, reconnaissance de geste, identification biométrique ou interface homme-machine. L'objectif de cette thèse est d'investiguer la faisabilité d'une double modalité radar et communication pour ces architectures de transceivers en conservant leurs basse consommation et bas cout. L'architecture non-cohérente utilisée dans ces circuits pourrait évoluer afin d'intégrer une fonctionnalité radar basée sur des impulsions (IR-UWB) ou une modulation de fréquence (FM-CW), avec un impact différent sur les performances des systèmes radar et de communication. Le candidat devra dans une approche système proposer et évaluer différentes architectures radiofréquences compatibles avec du traitement radar et de l'algorithmie à faible complexité pouvant être intégrés dans un micro-controleur.

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Vérification formelle de la micro-architecture pour l'analyse des effets des injections de fautes et de la robustesse de contre-mesures

Département Systèmes et Circuits Intégrés Numériques

Laboratoire Environnement de Conception et Architecture

Master 2 recherche (cyber-sécurité ou architecture)

01-10-2021

SL-DRT-21-0276

Mathieu.Jan@cea.fr

Cybersécurité : hardware et software (.pdf)

La course sans fin vers l'accroissement des performances en moyenne des systèmes numériques engendre une augmentation perpétuelle de la complexité des architectures matérielles modernes. Ceci met en danger la conception de systèmes embarqués sécurisés via l'ouverture de nouveaux vecteurs d'attaques. Par exemple, la famille d'attaque de type Spectre a mis en lumière les problèmes que peuvent poser les mécanismes de spéculation d'exécution des architectures matérielles. Dans le contexte de cette proposition de thèse, nous considérons que plus l'architecture d'un processeur est complexe, plus la surface d'attaque par injection de fautes est importante. De telles attaques, mises en ?uvre par le biais de perturbations sur les circuit numériques, visent à exploiter la perturbation logique générée au niveau du calcul pour atteindre différents objectifs: réaliser une fuite d'informations, contourner des procédures d'authentification, réaliser une escalade de privilèges, etc. La modélisation des effets logiques d'une perturbation physique sur un système numérique a été étudiée en détails, mais cela reste toujours un défi d'en réaliser une modélisation précise. De plus, des travaux récents ont montrés que la prise en compte des fautes au niveau de la micro-architecture peut engendrer des phénomènes subtils, ouvrant des perspectives de recherche intéressantes quant à la modélisation et l'analyse de ces effets ainsi qu'à leur réduction. L'objectif de cette thèse est d'étudier l'apport d'une approche de modélisation formelle du matériel pour tout d'abord mieux comprendre les conséquences d'injections de fautes puis de vérifier l'efficacité des contre-mesures utilisées dans les systèmes embarqués sécurisés.

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Convertisseur DC/DC sans inductance

Département Systèmes (LETI)

Laboratoire Electronique Energie et Puissance

Ingénieur, BAC+5, Electronique, Electrotechnique, Automatique

01-10-2020

SL-DRT-21-0277

ghislain.despesse@cea.fr

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

La réduction des dimensions des convertisseurs de puissance actuels est essentiellement liée à la montée en fréquence de fonctionnement. Cependant, aujourd'hui, nous atteignons plusieurs limites dont celles relevant des composants magnétiques. Pour cause, l'énergie, qui peut être stockée par cycle dans une inductance, diminue drastiquement avec l'augmentation de la fréquence. Pour remédier à cette limitation, nous avons étudié une alternative au stockage magnétique : le stockage transitoire d'énergie sous forme mécanique par la mise en mouvement d'un résonateur piézoélectrique. Nos premiers travaux, qui sont des premières mondiales, nous ont permis de valider le principe pour des puissances allant de 1 à 100W. L'objectif de la thèse sera d'étendre le principe de conversion à d'autres variantes topologiques et notamment à une version isolée galvaniquement. Une grande partie du travail vise la mise au point du cycle électrique de commande qui doit permettre à la fois d'entretenir la résonance de la structure mécanique et d'effectuer des transferts de puissance électrique sans pertes. La mise en ?uvre de ce cycle nécessitera, en outre, la mise au point d'une électronique très basse consommation qui intègrera plusieurs mécanismes de synchronisation et de régulation pour assurer des commutations à zéro de tension, assurer l'entretien des oscillations et réguler la tension de sortie. Le candidat pourra s'appuyer sur l'expertise du laboratoire d'accueil dans le domaine de la conversion et de la piézoélectricité. La thèse se déroulera au CEA/LETI situé à Grenoble (laboratoire orienté microélectronique et microsystème), elle sera dirigée par Mr Ghislain DESPESSE du CEA et par Mr François COSTA du SATIE (laboratoire de physique appliqué et génie électrique rattaché à l'ENS Paris-Saclay).

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Robustesse et performances d'électrodes optimisées de cellules à oxyde solide

Département Thermique Conversion et Hydrogène (LITEN)

Laboratoire essais et systèmes

The student will have transversal competences in materials and/or mechanic of solids. Skills in modelling will be also appreciated.

01-10-2021

SL-DRT-21-0289

maxime.hubert@cea.fr

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

Les cellules à oxyde solide (SOCs) sont des convertisseurs électrochimiques fonctionnant à hautes températures qui peuvent être utilisés pour produire soit de l'électricité en mode pile à combustibles (SOFC) ou de l'hydrogène en mode d'électrolyse (SOEC). Grâce à un large éventail de cas d'application, cette technologie est susceptible d'offrir de nombreuses solutions innovantes pour assurer la transition vers l'utilisation massive d'énergies renouvelables. Néanmoins, la durée de vie de cette technologie reste à ce jour insuffisante pour envisager son dépoilement industriel. En effet, la durabilité des SOCs est limitée par de nombreux phénomènes physiques dont notamment l'endommagement mécanique des électrodes. Par exemple, la formation de microfissures dans l'électrode dite à hydrogène est une des sources majeures de dégradation. Les mécanismes mis en jeu ainsi que l'impact des microfissures sur les performances restent cependant mal connus à ce jour. Par une approche de modélisation multi-physique, il est proposé dans cette thèse d'établir le lien entre la baisse des performances de l'électrode à hydrogène et son endommagement mécanique. Une fois le modèle validé sur des expériences originales, une analyse de sensibilité sera conduite et des recommandations seront émises pour des électrodes optimisées. Une ou deux solutions seront retenues et fabriquées pour une validation finale.

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Radar passif

Département Systèmes (LETI)

Laboratoire Sans fils Haut Débit

Ingénieur traitement du signal

01-09-2021

SL-DRT-21-0301

patrick.rosson@cea.fr

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

Le principe des radars passifs est d'utiliser des émetteurs non coopératifs dont on connait la position afin de détecter et localiser des cibles dans une zone définie. Les militaires savent exploiter les signaux émis par les émetteurs puissants tels que les stations FM ou les stations DVD-T. Grace à leurs réseaux d'antennes de réception, ils savent surveiller de vastes étendues en milieu rural grâce à un seul émetteur non coopératif suffisamment puissant. Dans notre contexte urbain ou suburbain, nous proposons d'exploiter les signaux émis par les nombreuses stations de base cellulaires. De nos jours, les stations de base cellulaires couvrent une grande partie du territoire. Elles émettent également dans plusieurs bandes de fréquences de 700 MHz à 3500 MHz sur 2 polarisations orthogonales. L'objectif est d'utiliser la diversité de transmission offerte par ces stations de base pour détecter et localiser nos cibles grâce à un système de réception moins complexe en terme de hardware. Les techniques basées sur les diversités des émetteurs (i.e. polarisation, fréquence, et espace) seront étudiées au niveau théorique avant d'être évaluées sur signaux réels dans un contexte urbain.

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Réseau de capteurs et edge AI basse consommation pour la maintenance prédictive

Département Systèmes (LETI)

Laboratoire Autonomie et Intégration des Capteurs

ingénieur ou master 2 Traitement du Signal, Machine learning, Programmation Embarquée

01-10-2021

SL-DRT-21-0312

vincent.heiries@cea.fr

Data intelligence dont Intelligence Artificielle (.pdf)

La maintenance prédictive est un enjeu majeur pour l'industrie du futur (industrie 4.0), permettant de maximiser les temps d'utilisation des pièces, d'augmenter la durée de vie des machines, de réduire les pannes ainsi que les temps d'immobilisation des équipements; avec à la clé, des gains économiques et environnementaux pour l'entreprise. La maintenance prédictive s'appuie sur des réseaux de capteurs placés sur les équipements à monitorer et sur des mécanismes d'apprentissages mettant en ?uvre de l'intelligence artificielle (Machine Learning). Ces capteurs sont aujourd'hui essentiellement filaires, ce qui rend leur installation complexe : passage de câbles, passage de murs, environnements tournants,? La solution idéale serait de disposer de capteurs communicants sans fil; se pose alors la question de leur autonomie énergétique, ce qui est l'enjeu de cette thèse. Ce sujet de thèse, qui s'inscrit dans la roadmap "Systèmes Cyber-Physiques" du Département Systèmes du CEA-LETI (Grenoble), aura pour objectif de développer un réseau de capteurs basse consommation sans fil permettant de surveiller les équipements industriels et d'anticiper leur défaillance. La thèse s'appuiera sur des solutions technologiques avancées mettant en ?uvre de l'intelligence artificielle embarquée (edge AI), du traitement de données provenant de différents capteurs (audio, vibrations) ainsi que de l'électronique basse consommation (hardware et firmware) notamment pour les aspects traitement de l'information et communication. L'intelligence artificielle est en plein essor avec des enjeux majeurs pour la santé, le transport, la protection de l'environnement ou encore l'industrie. Actuellement, les calculs sont majoritairement déportés sur des serveurs (couramment nommés cloud), ce qui nécessite la transmission complète des données mesurées par les capteurs (par ex. signal audio pour un microphone, ou vibrations pour un accéléromètre). Cette architecture est simple à déployer mais peu efficace du point de vue énergétique avec des serveurs de calcul surdimensionnés pour la plupart, et peu résiliente en cas de défaut de transmission des données. La tendance est donc à l'implémentation des algorithmes de traitement au plus proche des capteurs pour réduire les taux d'utilisation des systèmes de communication, décharger les serveurs de calcul en réduisant leur consommation énergétique et améliorer la résilience de ces réseaux de capteurs. Partant de ce constat, il reste à comprendre comment une tâche de traitement de données initialement réalisée par des serveurs sans contraintes d'alimentation et de puissance de calcul peut être déportée sur un réseau de capteurs à énergie disponible limitée et à puissance de calcul réduite (par ex. microcontrôleurs faible consommation). A cette fin, on pourra entre autre, mettre en ?uvre des méthodes utilisées dans le domaine du compressive sensing, et appliquer des algorithmes de machine learning dans un espace compressé. Le c?ur de la thèse portera donc sur la minimisation de la consommation énergétique hardware et firmware des systèmes électroniques embarqués implémentant de l'intelligence artificielle et visant l'application "maintenance prédictive pour l'industrie". Les questions de recherche et les innovations associées cibleront: (i) le développement d'architectures électroniques basse consommation (fonctions de réveil, ajustement de la fréquence de mesure,?), (ii) le développement et l'implémentation sur microcontrôleurs d'algorithmes de Machine Learning pour les fonctions capteurs (audio, vibrations, températures) et (iii) le développement et l'implémentation sur microcontrôleurs d'algorithmes de Machine Learning pour l'optimisation de l'énergie et de l'autonomie. Un dispositif électronique complet (hardware + firmware) mettant en ?uvre ces innovations et déployé en situation réelle est attendu pour la fin de la thèse.

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Etude de diodes SOI verticales pour la détection LWIR

Département d'Optronique (LETI)

Laboratoire d'Imagerie thermique et THz

Physique des semiconducteurs

01-09-2021

SL-DRT-21-0313

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. La majorité des microbolomètres commerciaux utilisent une thermistance à base de silicium amorphe ou d'oxyde de vanadium pour son coefficient de température élevé (TCR=2-4%/K) et son faible bruit basse fréquence (bruit 1/f). L'objet de la thèse est l'étude d'une technologie en rupture pour la fabrication des microbolomètres. Contrairement aux filières classiques à thermistances, on se propose d'évaluer un transducteur thermique à base de diodes SOI verticales, qui permettra d'améliorer significativement la qualité d'image des détecteurs LWIR. Le sujet portera sur la caractérisation et la modélisation des performances d'un tel dispositif.

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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-21-0315

vincent.reboud@cea.fr

Photonique, imageurs et écrans (.pdf)

L'un des principaux défis actuels de la photonique sur silicium est d'obtenir un laser intégré technologiquement compatible avec les fonderies de la microélectronique. Les lasers à semi-conducteurs traditionnels utilisent des semi-conducteurs III-V qui ne sont pas acceptés dans les fonderies de silicium, contrairement aux semi-conducteurs du groupe IV. Le CEA Grenoble fait partie des rares laboratoires à avoir déjà fait la démonstration du laser à pompage optique dans l'infrarouge moyen dans les semi-conducteurs du groupe IV, à la fois en Ge et GeSn. Avec des hétérostructures en GeSn relaxé ou sous contraintes en tension et des puits quantiques en alliages silicium-germanium-étain (Si) GeSn, nous ciblons aujourd'hui le laser continu à température ambiante et la réalisation de s photodétecteurs moyen infrarouge en 200 mm. Pour atteindre l'effet laser à température ambiante, il faut améliorer le gain optique et optimiser le confinement des porteurs. Les améliorations nécessiteront de nouvelles configurations de puits quantiques et de hétérojonctions en germanium étain, en jouant sur les compositions atomiques et la déformation mécanique à l'échelle microscopique. Comme pour les lasers que nous avons déjà obtenus, les nouvelles couches de GeSn (Si) seront épitaxiées en 200 mm au CEA Leti, puis traitées par le candidat au doctorat dans des salles blanches de plus petite échelle. Les développements réalisés pour les sources lasers seront utilisés pour la réalisation des photodétecteurs. La thèse se déroulera au sein du Département Optique et Photonique dans le Laboratoire de Capteur Optique, qui 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. Les objectifs de la recherche consisteront : (i) A réduire le nombre de défauts cristallins dans les régions de gain GeSn, (ii) à concevoir des empilements de GeSn (Si) efficaces qui confinent à la fois les électrons et les trous, tout en offrant un fort gain optique (iii) à appliquer et contrôler la contrainte en tension dans les couches d'étain au germanium (iv) à évaluer le gain optique sous pompage optique et injection électrique, à différentes contraintes et niveaux de dopage (v) à concevoir et fabriquer des cavités laser à fort confinement optique (vi) à obtenir des lasers du groupe IV à base de germanium qui soient accordables et qui lase en continu. (vii) à tester les composants fabriqués (sources et photodétecteurs) dans des cellules de détection de gaz À plus long terme, ces lasers seront largement utilisés dans les dispositifs miniaturisés omniprésents de faible puissance pour la détection optique de gaz et la surveillance de l'environnement. Ce travail impliquera des contacts avec des laboratoires étrangers travaillant sur le même sujet dynamique.

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Etude et Intégration de Transistor GaN Cascode Monolithique

Département Composants Silicium (LETI)

Laboratoire Composants Electroniques pour l'Energie

Niveau M2 avec spécialisation en physique et procédés de fabrication des composants de la microélectronique

01-10-2021

SL-DRT-21-0326

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 transistors de puissance à base de GaN peuvent avoir un fonctionnement de type normalement ouvert (dit à enrichissement) ou normalement fermé (dit à déplétion). Pour des raisons de sécurité il est souvent préféré d'employer des composants à enrichissement. Il existe trois principales méthodes pour obtenir ce type de dispositif : la réalisation d'une grille en GaN dopé type p, d'un canal de conduction inclus dans un empilement de type MOS (métal oxyde semi-conducteur) ou d'une architecture dite cascode (par assemblage d'un composant à enrichissement avec un composant à déplétion). L'architecture cascode pour les transistors à base de GaN connaît actuellement un grand succès de par la possibilité de piloter le dispositif avec des stratégies similaires aux dispositifs plus connus en silicium et du fait de son bon niveau fiabilité. Le travail de thèse consistera à mener une étude visant à dimensionner le composant, identifier les étapes technologiques (épitaxie, dépôt, lithographie, implantation?) nécessaires à sa fabrication puis à suivre et coordonner les actions nécessaires à sa réalisation en salle blanche. Une analyse et une interprétation des mesures électriques obtenues sera à mener en s'appuyant sur des simulations par éléments finis (TCAD avec outils Synopsys).

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Outils de diagnostic et de pronostic des onduleurs et modules PV par des approches machine-learning économes en moyens de calcul

Département des Technologies Solaires (LITEN)

Laboratoire des Systèmes PV Appliqués

mathématiques ou science de l'ingénieur

01-09-2021

SL-DRT-21-0347

sylvain.lespinats@cea.fr

Energie solaire pour la transition énergétique (.pdf)

Contexte : Dans le contexte actuel de dérèglement climatique, la question de l'énergie est centrale aussi bien d'un point de vue sociétal que d'un point de vue politique ou économique. La production solaire, qui est une alternative renouvelable aux énergies carbonées, croit exponentiellement et il extrêmement probable que cette montée en puissance se poursuive dans les années qui viennent. Un des meilleurs moyens de faire baisser le coût financier et environnemental des centrales solaires est le diagnostic automatique qui permet de détecter et corriger les défaillances des centrales et ainsi augmenter leur rendement. Schématiquement, les centrales photovoltaïques sont constituées d'un assemblage de modules reliés à un onduleur. Les modules produisent du courant continu qui est transformé en courant alternatif par l'onduleur pour être transporté sur le réseau de distribution. Les défaillances et le vieillissement de ces deux équipements forment la principale source de défaillances non triviales. Par exemple, la durée de vie d'une centrale est généralement estimée à 20 ou 30 ans, alors que la durée de vie des onduleurs est approximativement de 10 ans. Il est très classique que le courant et la tension en amont et en aval de l'onduleur soient mesurées et suivies. Ces données sont en général complétées par des mesures météorologiques (irradiance et température en particulier). L'ensemble de ces données est cependant bien souvent sous-exploité. Dans le cas du comportement des modules, c'est entre autre lié au fait que les performances dépendent de différents facteurs très fortement corrélés (phénomènes journalier et saisonniers, conditions météos, position relative du soleil, interactions non-linéaires entre les différents modules, vieillissement continue, casse, etc). Dans le cas des onduleurs les difficultés sont majoritairement dues à la forte dépendance aux des conditions de fonctionnement et au niveau de bruit de la mesure largement supérieur au signal recherché (à l'image des problématiques rencontrées dans le cadre de la détection des ondes gravitationnelles par le projet LIGO). Objectif : Nous souhaitons prendre appuis sur ces données pour assurer un suivi plus fin des centrales photovoltaïques, diagnostiquer les défaillances et les anticiper. Pour cela, nous souhaitons nous appuyer sur, d'une part la très grande quantité de données, ce qui peut contrer le problème de signal sur bruit, et sur le machine-learning d'autre part pour isoler les différentes composantes explicatives. Dans un premier temps, les modules et onduleurs seront considérés séparément. Dans un second temps, nous considèrerons le système dans son ensemble. Par le passé, les laboratoire LSPV (CEA) et LAMA UMR 5127 (Université Savoie Mont Blanc) ont collaboré au développement de méthodes de réduction de dimensions. Ces méthodes (probablement à adapter) permettent d'explorer les jeux de données pour en extraire des comportements qui pourront être reliés aux modes de fonctionnement et des vieillissements variées. Cette étape permettra de définir des classes servant ensuite à la mise en place de méthodes de régression/classification. Ce travail de machine-learning devra permettre de proposer des outils de diagnostic suffisamment légers en coût de calcul pour être déployable sur les centrales. Profil souhaité : Nous cherchons un(e) étudiant(e) en mathématiques intéressé(e) par les applications dans le domaine de l'énergie renouvelable et de l'électronique ou un(e) étudiant(e) en sciences de l'ingénieur passionné(e) par les mathématiques. Une expérience en électronique n'est pas nécessaire, mais le candidat pourra être amené à faire des mesures en laboratoire sous la supervision d'électroniciens et de photovoltaïciens pour produire des données ou confirmer des comportements. Les outils utilisés pourront inclurent les méthodes de réduction de dimension, les statistiques (descriptifs et tests), l'analyse de séries temporelles, les SVM, les réseaux de neurones ou les méthodes tensorielles.

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Sources de temps optomécaniques

Département Composants Silicium (LETI)

Laboratoire Composants Micro-Capteurs

Le/la candidat/e sera en possession d'un Master 2/ Ecole d'ingénieur généraliste ou physique appliquée ; formation en nanotechnologies, optique ou télécom, physique des semi-conducteurs.

01-09-2021

SL-DRT-21-0351

marc.sansaperna@cea.fr

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

Les sources de temps (reference oscillators) sont des composants qui génèrent un signal à une fréquence très précise, habituellement à partir de la vibration d'un élément mécanique en résonance. Ces dispositifs sont aujourd'hui utilisés dans la grande majorité des circuits électroniques : un smartphone ou tablette, par exemple, peut contenir jusqu'à sept sources de temps. Cependant, 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. Ainsi, 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. Le/la candidat/e sera en possession d'un Master 2/ Ecole d'ingénieur généraliste ou physique appliquée ; formation en nanotechnologies, optique ou télécom, physique des semi-conducteurs.

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Mémoires ferroélectriques ultra-basse consommation à base de HfO2 ferroélectrique: vers des matrices intégrables au noeud 28nm

Département Composants Silicium (LETI)

Laboratoire de Composants Mémoires

01-10-2021

SL-DRT-21-0362

laurent.grenouillet@cea.fr

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

La découverte récente des propriétés ferroélectriques du matériau HfO2 déposé en couches minces génère actuellement un intérêt très fort dans la communauté scientifique. En effet cette découverte ouvre la voie à l'intégration de mémoires non volatiles ultra faible consommation au sein de n?uds technologiques les plus avancés. Très récemment, des résultats très prometteurs ont été présentés par notre groupe sur l'intégration de capacités ferroélectriques à base de HfO2 (FeRAM) dans le Back-End de circuits CMOS 130nm. L'objectif de la thèse sera d'optimiser les performances mémoires de ces FeRAM (cyclabilité, fenêtre mémoire, temps d'écriture et de lecture, tenue en température), de les intégrer au sein de matrices, et de montrer qu'il est possible de réduire leur dimension afin de les intégrer dans des n?uds technologiques avancés (28nm FDSOI).

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Amélioration du désassemblage par canaux auxilaires

Département Systèmes (LETI)

Laboratoire Sécurité des Objets et des Systèmes Physiques

Bac +5 Informatique ou Mathématique

01-09-2021

SL-DRT-21-0375

thomas.hiscock@cea.fr

Cybersécurité : hardware et software (.pdf)

Le désassemblage par canaux auxiliaires (ou Side Channel Based Disassembling, SCBD) consiste à retrouver le code exécuté par un microprocesseur à partir de phénomènes physiques produits par le circuit lors de son fonctionnement. La consommation de courant ou encore le rayonnement électro-magnétique sont particulièrement faciles à mesurer et très exploitables par ce type d'attaques. Avoir une fine caractérisation de ce type d'attaques est essentiel pour sécuriser les systèmes, notamment contre de la rétro-conception. Le laboratoire LSOSP est très actif sur le sujet et a notamment proposé une technique de reconstruction mono-bit très efficace sur des petit microcontrôleurs. L'objectif de cette thèse est de contribuer à l'amélioration des techniques de désassemblage par canaux auxiliaires. Nous chercherons notamment à prouver si ce type d'attaques peuvent être applicables à des processeurs plus complexes, comme ceux que l'on peut trouver sur un téléphone. Au cours de la thèse, nous chercherons donc à étudier finement les fuites de c?urs complexes et adapter des outils du machine learning pour extraire des informations à partir de mesures extrêmement bruitées. Au bout des trois ans, nous espérons avoir une meilleur vue de la faisabilité du désassemblage sur des c?urs complexes et également des réflexions sur des contremesures qu'il serait possible d'utiliser.

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Caractérisation avancée de recombinaison de porteurs sur structure HEMT AlGaN/GaN, comprehension de l'évolution des materiaux de l'épitaxie à la gravure

Département des Plateformes Technologiques (LETI)

Laboratoire Analyses de Surfaces et Interfaces

M1

01-09-2021

SL-DRT-21-0377

lukasz.borowik@cea.fr

Nano-caractérisation avancée (.pdf)

La présence d'un gaz d'électrons bi-dimensionnel (2DEG) dans les hétérostructures AlGaN/GaN permet de produire des transistors à haute mobilité électronique (HEMTs) qui sont naturellement normally-ON. Cependant dans le domaine de l'électronique de puissance, il est nécessaire d'utiliser des transistors à accumulation (normally-OFF). C'est pourquoi le CEA-LETI développe des transistors AlGaN/GaN MOSchannel HEMTs où l'AlGaN/GaN est gravé sous la grille pour réduire ou supprimer le 2DEG et où le canal est contrôlé par la structure MOS (métal-oxyde-semiconducteur). Cette structure permet d'obtenir des tensions de seuil positives et donc des composants normally-OFF. Cependant, la gravure de l'AlGaN/GaN peut induire des défauts dans la structure cristalline (implantation d'ions de gravure, endommagement de la maille cristalline, lacunes). Il est donc critique de pouvoir identifier ces défauts pour optimiser les procédés de fabrication et donc la performance des transistors. Le travail de thèse sera basé sur : (1) Caractérisation des matériaux par cathodo-luminescence et KPFM : préparation d'échantillons, réalisation et interprétation des mesures en termes de recombinaisons radiatives et non radiatives, étude de différents empilements produits par épitaxie et de l'impact des procédés de gravure (2) Corrélation entre KPFM et CL pour une compréhension approfondie des phénomènes électroniques autour de la grille du transistor (3) Corrélation avec les performances électriques des transistors AlGaN/GaN Les équipements de cathodoluminescence et KPFM sous illumination sont situés sur la plateforme nano-caractérisation (PFNC) du LETI. L'acquisition d'un équipement de CL résolue en temps (TRCL) est également envisagée par la PFNC, qui pourrait être utilisé pour la troisième année de thèse.

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Techniques de focalisation en champ proche dans les milieux inhomogènes aux fréquences millimétriques

Département Systèmes (LETI)

Laboratoire Antennes, Propagation, Couplage Inductif

Master electrical engineering / hyperfréquences

01-10-2021

SL-DRT-21-0378

antonio.clemente@cea.fr

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

Dans des multiples applications telles que le transfert d'énergie sans fil, l'imagerie micro-ondes, le contrôle industriel, etc., il est nécessaire de former, diriger ou encore focaliser le rayonnement électromagnétique dans une région spécifique de l'espace. Cette région peut se situer dans l'environnement proche de la surface rayonnante qui a généré l'onde électromagnétique. Dans ce cas, on parle de système focalisant en champ proche. Avec le développement des futurs systèmes de communication de type « Beyond 5G » et 6G, la nécessité de focaliser le faisceau en champ proche peut aussi s'appliquer dans le cas des surfaces intelligentes reconfigurables. Ces dispositifs, si dotés d'éléments reconfigurables, peuvent être utilisés pour manipuler les ondes électromagnétiques et contrôler de manière dynamique les propriétés du canal de propagation. Enfin, la focalisation en champ proche peut aussi être un élément différentiant pour le développement des futurs systèmes d'imagerie médicale qui nécessitent de former et diriger l'énergie dans corps humain afin de diagnostiquer, suivre et / ou soigner des pathologies spécifiques. Dans ce contexte, la focalisation en champ proche peut être utilisée pour améliorer la résolution du système d'imagerie en optimisant le transfert / transmission d'énergie. Le premier objectif de cette thèse est de développer des outils de synthèse, de conception et d'optimisation de systèmes focalisants en champ proche en milieux non homogènes. Ces techniques seront développées en considérant les propriétés électromagnétiques des milieux. La synthèse du champ d'ouverture se fera à partir de l'expansion modale du champ et de la théorie des potentiels vecteurs. Après cette phase, les procédures de synthèse et d'optimisation développées seront utilisées pour concevoir un système focalisant en champ proche opérant aux fréquences millimétriques et / ou sub-THz (30 ? 300 GHz). Ces antennes seront fabriquées et caractérisées en chambre anéchoïque. Des simulations système et / ou des mesures seront aussi faite pour analyser l'impact du système focalisant en champ proche.

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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-21-0380

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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Conception multiphysique de modules à semiconducteurs de puissance haute tension pour la conversion des énergies renouvelables

Département des Technologies Solaires (LITEN)

Laboratoire Systèmes PV

Electronique de puissance, physique de matériaux diélectrique, simulation multiphysique

01-09-2021

SL-DRT-21-0387

jeremy.martin@cea.fr

Energie solaire pour la transition énergétique (.pdf)

La recherche et développement autour des semiconducteurs de puissance en carbure de silicium (SiC) a permis de développer des composants capable de bloquer des tensions jusqu'à 15 kV. Ces dispositifs permettent en outre des commutations à des vitesses très élevées (ex : 120 kV/µs pour un MOSFET SiC 10 kV ou encore 180 kV/µs pour un IGBT SiC 15 kV). Les performances de ces semiconducteurs sont exceptionnelles et permettent de réduire drastiquement les pertes par commutation par rapport à des équivalents en Silicium. La mise en ?uvre des ces interrupteurs est en revanche très délicate et fait appel à des méthodologies de conception multiphysique dans champs disciplinaires transversaux. De nombreux verrous scientifiques et technologiques restent toutefois à lever : - Minimisation des inductances parasites des modules de puissance (<5 nH) - Intégration de blindage CEM pour collecter les courant impulsionnels perturbateurs - Refroidissement des puces SiC donc la taille est très réduite par rapport à des équivalent en Si - Gestion des décharges partielles et matériaux diélectriques - Influence des dV/dt sur le vieillissement des matériaux (en DC à 50Hz, et en impulsionnel) - Phénomènes de réflexion (onde électromagnétique) ... Le travail proposé consiste à étudier et à développer une architecture de module de puissance innovante permettant la mise en ?uvre de puces SiC pour des systèmes pouvant atteindre 10 kV. Une équipe du CEA à Toulouse spécialistes du packaging 3D en forte puissance apporteront leurs compétences en technologies d'assemblage pour la réalisation de modules de puissance complexes. Les équipes du CEA sur le campus INES (Institut National de l'Energie Solaire) au Bourget du Lac (73) mettront à disposition leurs moyens de mesure et prototypage en haute tension ainsi que leurs connaissances en conception de module de puissance (simulation par éléments finis). Les chercheurs du laboratoire G2ELAB (Grenoble INP) spécialistes en refroidissement de modules de puissance et en science des diélectriques mettront à profit leur connaissances ainsi que leurs plateformes expérimentales.

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Neurones oscillants pour le calcul d'optimisation et la mémoire associative

Département Composants Silicium (LETI)

Laboratoire d'Intégration des Composants pour la Logique

Niveau M2, formation en micro/nanoélectronique (technologie et conception) - des connaissances théorique et pratiques des réseaux de neurones pour l'IA sont un avantage

01-10-2021

SL-DRT-21-0393

louis.hutin@cea.fr

Data intelligence dont Intelligence Artificielle (.pdf)

Les réseaux de Hopfield sont des réseaux de neurones récurrents qui permettent de réaliser des fonctions de mémoire associative. En soumettant leurs éléments à des fluctuations ajustables, ces réseaux peuvent également être adaptés à la résolution efficace de problèmes d'optimisation combinatoire NP-difficiles. De tels problèmes, dont la résolution exacte en temps polynomial est hors de portée de machines de Turing déterministes, trouvent des applications dans des domaines tels que les opérations logistiques, le design de circuits (e.g. placement-routage), le diagnostic médical, la gestion de réseaux intelligents (e.g. smart grid), la stratégie de management etc. Le sujet proposé s'inscrit dans le contexte de la recherche d'accélérateurs hardware pour l'intelligence artificielle. L'approche considérée en particulier porte sur le choix d'oscillateurs verrouillés en phase par injection (ILO: Injection-Locked Oscillators) pour réaliser la fonction du neurone. L'objectif sera la conception, la fabrication et la démonstration de réseaux de neurones binaires couplés par des poids synaptiques ajustables pour réaliser des fonctions de mémoire associative (ex: reconnaissance de forme) ou d'optimisation combinatoire (ex: coloration de graphe, partitionnement maximal,?).

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Synthèses et études de matériaux organiques chiraux pour le transport de charges dans les semi-conducteurs organiques

Département d'Optronique (LETI)

Laboratoire des Composants Emissifs

Physico-chimiste ou chimiste organicien avec de fortes connaissances en physique du semi-conducteur organique

01-10-2021

SL-DRT-21-0395

benoit.racine@cea.fr

Photonique, imageurs et écrans (.pdf)

La détection et la manipulation de l'état de polarisation de la lumière connaît actuellement un engouement scientifique important, du fait notamment de l'intérêt d'utiliser une lumière circulairement polarisée (LCP) dans de nombreux domaines d'importance sociétale tels que les technologies d'affichage, la transmission d'informations, la cryptographie, l'imagerie bio-médicale ou encore la détection de molécules chirales d'intérêt pharmaceutique. De part leur capacité à interagir spécifiquement avec une LCP et à moduler sa polarisation, les matériaux moléculaires chiraux s'imposent comme un élément de choix pour explorer ces applications innovantes et envisager de nouvelles potentialités en électronique organique. De plus, la propriété unique des molécules chirales à induire une sélectivité de spin électronique dans la conduction de courant électrique (CISS effect pour Chiral Induced Spin Selectivity) ouvre également des opportunités dans le domaine de la spintronique organique. En conséquence, la synthèse de semi-conducteurs chiraux pi conjugués innovants, présentant une modulation aisée de leurs propriétés physico-chimiques et l'intégration de ces matériaux dans des dispositifs optoélectroniques de type OLEDs, OPDs ou OFETs présente un intérêt aussi bien fondamental qu'applicatif. Le projet de thèse se fera en collaboration avec un laboratoire de chimie du CNRS et le laboratoire du CEA/LETI le LCEM spécalisé dans les semi-conducteurs organiques. L'étudiant de thèse aura pour objectifs de synthétiser des nouveaux transporteurs de charges organiques chiraux et de caractériser leurs propriétés photophysiques (d'absorption et d'émission) et opto-électronique. Les molécules les plus prometteuses seront intégrées dans des dispositifs OLEDs et OPDs. La partie synthèse et caractérisation photophysiques (spectromètre de dichroisme circulaire, spectromètre de luminescence non polarisée et circulairement polarisée, RPE, ?) seront réalisées au laboratoire de Chimie du CNRS (Institut des Sciences Chimiques de Rennes). L'intégration des molécules dans des dispositifs OLEDs et OPDs se fera au sein du laboratoire LCEM du CEA Grenoble où se trouve les équipements de dépôt (chambre PVD pour matériaux organiques) et les moyens de caractérisation opto-électronique (IVL, C(V), TLM, Photocourant, effet hall, ?).

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Étude, évaluation et validation des performances d'un système de mesure du bore par absorption neutronique

Département Métrologie Instrumentation et Information (LIST)

Laboratoire Capteurs et Architectures Electroniques

Master 2 ou diplôme d'ingénieur

01-10-2021

SL-DRT-21-0397

adrien.sari@cea.fr

La concentration en bore dans le fluide du circuit primaire d'un réacteur nucléaire doit être finement maîtrisée afin de garantir la sûreté de ce dernier. En effet, une excursion de la concentration en bore pourrait entraîner un risque de criticité. Un système de mesure nucléaire en ligne ayant pour fonction de surveiller la concentration en bore dans le fluide primaire du réacteur est ainsi nécessaire. Un tel système est couramment dénommé « boremètre ». Le sujet de thèse proposé est organisé autour de trois axes de recherche. Le premier axe vise à étudier par simulation Monte-Carlo puis conceptualiser et formaliser théoriquement le comportement des deux principaux critères de performances (taux de comptage et contraste) du boremètre sous l'influence de ses différentes caractéristiques. Le second axe de recherche a pour objectif d'évaluer et de valider expérimentalement l'interprétation des effets mis en jeu au sein du boremètre et les concepts théoriques formulés. Ces travaux expérimentaux feront l'objet d'une collaboration étroite avec le Laboratoire National Henri Becquerel (LNHB). Le troisième axe de cette thèse a pour ambition de concevoir un boremètre innovant destiné à mesurer la concentration en bore dans le fluide primaire au plus proche du c?ur du réacteur nucléaire. Un tel système permettrait d'identifier le plus rapidement possible une anomalie sur la valeur de la concentration en bore au niveau du c?ur du réacteur. Cependant, les contraintes imposées par un tel environnement de mesure devront être prises en compte, et une méthodologie de mesure adaptée sera élaborée. Différentes approches de compensation en température et en débit du fluide feront l'objet d'investigations poussées.

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Radiolocalisation Profonde en Milieux Complexes via Méthodes d'Intelligence Artificielle

Département Systèmes (LETI)

Laboratoire Communication des Objets Intelligents

Master 2 de Recherche en Traitement du Signal (application Telecoms) et/ou Intelligence Artificielle

01-10-2021

SL-DRT-21-0398

benoit.denis@cea.fr

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

Diverses technologies et standards de localisation sans fil à bas coût ont vu le jour ces dernières années (ex. standard UWB/IEEE802.15.4z, GPS RTK « low cost », radio cellulaire en bandes millimétriques...), couvrant ainsi les besoins d'une pluralité de nouveaux services topo-dépendants (ex. mobilité durable et transports intelligents, villes intelligentes, industrie 4.0, cyber-sécurité, etc.). Toutefois, en dépit des bonnes performances théoriques prêtées à ces systèmes, la présence d'obstructions radio et de trajets multiples dégrade en pratique considérablement la précision et la continuité de localisation (ex. localisation véhiculaire en canyons urbains, localisation indoor en milieux industriels denses?). Dans le cadre de cette thèse, on se propose d'évaluer le potentiel d'approches issues du domaine de l'intelligence artificielle, et en particulier de l'apprentissage automatique (profond), pour appréhender la richesse et la complexité des signaux radio reçus au regard du problème de localisation. Typiquement, on cherchera à tirer profit de l'information de localisation « cachée », que peuvent recéler les signaux multi-trajets conjointement observables au niveau de plusieurs liens radio en situation de mobilité. Contrairement aux traitements conventionnels, qui reposent majoritairement sur des modèles radio paramétriques posés a priori, simplistes et difficiles à calibrer, on cherchera alors à apprendre puis à généraliser les relations fortement non-linéaires unissant métriques radio (c.-à-d., de métriques extraites de signaux multi-trajets/multi-liens à grande dimension) et descripteurs de localisation (ex. position relative/absolue, vitesse, orientation, conditions de visibilité?). Des stratégies de localisation dites « profondes » seront ensuite proposées afin de prédire, corriger et compléter les attributs de localisation manquants et/ou erronés, directement en termes de positionnement et de poursuite au niveau système (c.-à-d., sans en passer par des étapes intermédiaires de correction, au niveau de chaque lien radio indépendamment). Les approches proposées seront alimentées et testées au moyen de larges bases de données radio, comprenant des mesures collectées sur le terrain à partir de dispositifs radio réels, ainsi que des données synthétiques issues de simulations déterministes (de type tracer de rayons).

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Calculs quantiques d'optimisation sur plateforme NISQ

Département Systèmes et Circuits Intégrés Numériques

Laboratoire pour la Confiance des sYstèmes de calcuL

M2R ou ingénieur avec connaissance en programmation et/ou optimisation

01-10-2021

SL-DRT-21-0400

stephane.louise@cea.fr

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

Les processeurs quantiques actuels sont loin encore de ressembler à l'image idéalisée que pouvaient se faire les pionniers de l'algorithmie quantique : ils ont un mauvais rapport signal/bruit, ont un petit nombre de qubits et une interconnexion limitée qui complique encore la prise en main et la programmation. Cela ne signifie pas pour autant qu'ils sont seulement des prototypes sans utilité pratique. De fait ce type de systèmes de calculs quantiques aussi appelés NISQ d'après l'acronyme anglais "Noisy Intermediate Scale Quantum processors" (ou processeurs Quantiques Bruités de Taille Intermédiaire) sera l'avenir du calcul quantique pour les années qui viennent et pour le futur prévisible. De ce fait il serait de première importance de faire des investigations sur le type de calculs et d'algorithmes qu'on peut mettre en ?uvre sur ces machines, en particulier dans le cadre des problèmes d'optimisation. Une piste particulièrement intéressante est celle des algorithmes dits hybrides qui entrecroisent des parties quantiquement accélérées avec des calculs sur des ordinateurs standards. Dans le cadre de cette thèse, nous nous proposons de faire des recherches sur les limitations de ces premiers ordinateurs NISQ déjà accessibles de façon plus ou moins publique (soit sur simulateurs ou machines réelles) et comment les utiliser malgré ces limitations dans le cadre des algorithmes d'optimisation.

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Hub de puissance à haute efficacité pour la transition énergétique

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

Laboratoire Electronique avancée, Energie et Puissance

Bac +5 electronique, simulation

01-10-2021

SL-DRT-21-0403

xavier.maynard@cea.fr

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

Ce sujet de thèse adresse les développements scientifiques nécessaires pour concevoir un hub énergétique domestique permettant en un seul équipement d'électronique de puissance, de gérer l'ensemble des flux énergétique d'une habitation voir d'un petit collectif : production photovoltaïque (?), stockage y compris via son véhicule électrique (V2G), échange avec le réseau (smart grid), etc. Des travaux sur des topologies avancées de convertisseur haute fréquence à très fort rendement ont déjà fait l'objet de travaux au CEA mettant en ?uvre des composants GaN notamment. Le CEA propose donc d'aller plus loin en étudiant la possibilité de couplage de sources d'énergie ou récepteurs divers par un seul et même convertisseur. La conception du convertisseur devra prendre en compte l'ensemble des composants parasites, et dans la mesure du possible les minimiser. Cette approche repose sur des outils de simulation (LTspice et/ou Ansys Q3D) et de test permettant le développement d'un système avec une haute efficacité. La finalité de l'étude sera la réalisation du système complet intégrant dans la mesure du possible avec un filtre actif pour la CEM.

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Procédés lithographiques de structuration 3D haute résolution (submicronique)

Département des Plateformes Technologiques (LETI)

Laboratoire

Master 2 / école d'ingénieur, matériaux ou nanotechnologie

01-09-2021

SL-DRT-21-0409

jerome.reche@cea.fr

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

Le CEA-LETI (Laboratoire d'Electronique et des Technologie de l'Information) est depuis 1960 moteur de l'innovation française et les nouvelles technologies. Ses diverses entités sont des liens entre la recherche fondamentale et l'industrie. L'une d'entre-elles, le DPFT (Département Plateforme Technologique) concentre les moyens de réalisations, de mesures et l'environnement associé permettant la mise au point et la maturation de nouveaux procédés pour la fabrication de l'électronique de demain. L'utilisation de structures 3D, a contrario de structures dans le plan, est l'une des clefs des futures avancées. Les structures 3D répliquées, telles que les lentilles, notamment pour les applications dans le domaine de la photonique, ont actuellement une échelle micrométrique tandis que les nouveaux besoins visent des dimensions sub-micrométriques. La technologie de réplication par nano-impression haute résolution permettrait de répondre à ce challenge dimensionnel avec un rendement amélioré (temps et coûts réduits). En effet, la technique de nano-impression de répliquer des structure 3D permet en une seule étape technologique et ce dans un matériau dit fonctionnel, c'est-à-dire celui utile à l'application et non un intermédiaire nécessitant d'autres procédés. La thèse a pour but ultime la réalisation de structures 3D à une échelle sub-micrométrique (100 nm à 1µm), ainsi que leur réplication. Ceci impliquant tout d'abord la création de telles structures à l'aide de technologies connues (mais lentes) telles que la lithographie par faisceau d'électrons, associée aux techniques de transfert dans des matériaux durs. La caractérisation de ces structures à chaque étape, afin de connaitre leur forme exacte, constituera un point clé. Dans un second temps, le candidat pourra répliquer ces motifs avec les équipements de nano-impression du laboratoire ainsi que les divers matériaux et procédés déjà développés. Les structures répliquées seront-elles aussi finement caractérisées. Selon les modifications morphologiques, la défectivité ou encore l'uniformité observées, le candidat devra mettre en ?uvre une analyse fine afin de comprendre les mécanismes mis en jeu, potentiellement associée à un plan d'expérience. L'utilisation de modélisation pour adapter et optimiser le procédé selon les structures de départ pour obtenir la réplication attendue constituera un autre axe de travail. Le contrat de thèse se déroulera sur 3 ans avec une rémunération brut mensuel de 2043,54? lors de la 1er et 2nd années puis de 2104,62? pour la 3ème année. A terme, les compétences développées par le doctorant devraient lui permettre de travailler dans de nombreux secteurs de hautes technologiques tels que la nano et microélectronique, la chimie des matériaux ou plus généralement le traitement de données.

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Nouvelle couche physique millimétrique pour la 5G-NR IoT

Département Systèmes (LETI)

Laboratoire Communication des Objets Intelligents

Bac+5 / Master 2 Télécoms

01-10-2021

SL-DRT-21-0410

valerian.mannoni@cea.fr

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

Une nouvelle interface radio 5G doit être conçue, afin d'assurer une bonne fiabilité et un service de latence acceptable pour les cas d'utilisation de l'IoT qui ne sont pas encore traités par les technologies cellulaires actuelles. Cette nouvelle interface aérienne 5G fait l'objet d'une étude dans la version 17 du 3GPP et a été appelée NR_REDCAP (Reduced Capability NR devices). La capacité de faire fonctionner la NR-Light sur les bandes millimétriques est considérée comme nécessaire pour les applications industrielles 4.0 et pour les réseaux privés en raison de sa portée limitée et de sa forte réutilisation spatiale. L'objectif de la thèse de doctorat est donc de proposer et d'étudier une nouvelle couche physique opérant sur les bandes millimétriques pour la 5G-NR IoT répondant aux défis ci-dessus. Les résultats attendus sont les suivants : - Une meilleure compréhension des défis et des facteurs clés de la 5G-NR dans la bande millimétrique - Proposition d'une nouvelle couche physique pour le 5G-NR IoT avec le schéma MIMO associé - Proposition et étude du schéma d'accès multiple basé sur le MIMO - L'identification et l'évaluation des principaux outils/concepts de la 5G NR-Light dans la bande d'ondes millimétriques pour répondre à ces exigences et atteindre l'objectif de réduction de la complexité et des coûts des composants NR-Light tout en atténuant la dégradation des performances de cette réduction de la complexité, par exemple la dégradation de la couverture.

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Intégration d'interconnexions supraconductrices thermiquement isolantes pour applications quantiques et spatiales

Département Composants Silicium (LETI)

Laboratoire Packaging et 3D

Mater 2 en physique des matériaux, physiques des semi-conducteurs, microélectronique.

01-09-2021

SL-DRT-21-0411

jean.charbonnier@cea.fr

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

Le projet Quantum Silicon Grenoble, incluant le CEA-LETI, CEA-IRIG et l'Institut Néel, vise à réaliser un ordinateur quantique à base de bits quantiques (qubits) en silicium. Les conditions de fonctionnement des qubits (températures cryogéniques = 1K, hautes fréquences de l'ordre du GHz, forte densité de signaux) nécessitent le développement de briques technologiques adaptées, en particulier, pour le routage des signaux d'entrée et de sortie des qubits vers une électronique de contrôle. Les métaux supraconducteurs sont des candidats idéaux pour remplir cette fonction de par l'annulation de leur résistance à basse température et leur faible conductivité thermique qui permet de protéger les qubits de l'échauffement généré par l'électronique de contrôle embarquée sur le même module. Le contexte est le même pour les applications de spectroscopes infra rouge embarqués sur les satellites. La thèse se contrera d'abord sur l'étude de matériaux supraconducteurs (Nb, NbN, TiN, TiNAl) en caractérisant leurs propriétés structurales, électriques et supraconductrice à basse température pour leur intégration dans une piste de routage et en plots multicouches. Elle se poursuivra, en étroite collaboration avec le CEA Irfu à Saclay, par la mise en place d'un protocole de mesure de conductivité thermique à basse température ainsi que par la conception et l'élaboration d'échantillons adaptés. L'objectif final sera de mettre à profit les connaissances acquises pour concevoir le système d'interconnexions supraconductrices du prototype de module quantique au sein de l'équipe.

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Chambre fluidique portable de mesure transcutanée dynamique pour l'oxymétrie et la capnométrie

Département Microtechnologies pour la Biologie et la Santé (LETI)

Laboratoire Systèmes Pour la Personne

simulation/instrumentation physique

SL-DRT-21-0415

rodrigue.rousier@cea.fr

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

Le développement des dispositifs médicaux portés sur la personne est un enjeu fondamental et incontournable afin de promouvoir la médecine ambulatoire. La médecine dite « conventionnelle » par opposition à ambulatoire utilise couramment l'analyse des gaz du sang pour évaluer l'efficacité des échanges pulmonaires et diagnostiquer des maladies respiratoires. Elle détecte notamment une modification anormale des concentrations d'oxygène et de dioxyde de carbone du sang artériel allant vers les tissus. Comme cette analyse nécessite une prise de sang c'est donc une méthode invasive et qui n'autorise pas un suivi des concentrations en temps réel. Une alternative à la prise de sang est une analyse des gaz transcutanés, c'est-à-dire la mesure des concentrations des gaz qui diffusent à travers la peau. Cette méthode est non-invasive et garantit un suivi en continu des gaz dans le sang. L'objectif de cette thèse est de développer et d'étudier une chambre fluidique portable instrumentée. Cette chambre mesurera en temps réel les concentrations en oxygène et en dioxyde de carbone qui diffusent à travers la peau. Les travaux consisteront à modéliser les échanges gazeux entre la peau et la chambre fluidique, puis à concevoir et instrumenter la chambre et pour finir à la tester sur un banc gaz. Ce sujet requière une personne très motivée avec des compétences en modélisation, en conception de dispositifs médicaux et en instrumentation.

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Capteurs à ondes élastiques pour la détection biologique de terrain

Département Composants Silicium (LETI)

Laboratoire Composants Radiofréquences

Engineering or Master degree in micro/nanosystems

01-09-2021

SL-DRT-21-0437

alexandre.reinhardt@cea.fr

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

L'analyse sanitaire des eaux fluviales ou de consommation devient de plus en plus un enjeu de santé publique. Dans ce contexte, le CEA-LETI développe des solutions de capteurs permettant la détection de bactéries dans des échantillons liquides. Parmi les technologies envisagées, les résonateurs électromécaniques à ondes acoustiques paraissent particulièrement prometteurs. Le but de cette thèse consiste à évaluer l'utilisation de ces composants, développés initialement pour des applications de traitement de signaux radiofréquences, pour des applications de détection biologique en milieu liquide. Plus précisément, le sujet de thèse porte sur l'analyse des structures biologiques à détecter, leurs possibles interactions avec l'élément sensible du capteur, et de ce fait les mécanismes de détection qu'il sera possible de mettre en ?uvre. Ceci permettra le dimensionnement de capteurs adaptés, via la sélection du type de résonateur, du mode de vibration le plus adapté aux contraintes de fonctionnement en milieu liquide et maximisant la sensibilité. Le candidat réalisera des prototypes de capteurs dans les salles blanches du CEA-LETI et procèdera à leur fonctionnalisation, ainsi qu'à des évaluations en milieu liquide. Dans une seconde phase de la thèse, le candidat adaptera ces capteurs et le circuit microfluidique associé pour permettre leur intégration dans une plateforme de détection multicapteur.

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Apprentissage et quantification des réseaux profonds pour l'apprentissage par transfert

Département Systèmes et Circuits Intégrés Numériques

Laboratoire Intelligence Artificielle Embarquée

Master ou équivalent en apprentissage automatique, informatique, mathématique ou similaire

SL-DRT-21-0446

johannes.thiele@cea.fr

Data intelligence dont Intelligence Artificielle (.pdf)

Le « transfer learning » (apprentissage par transfert) est aujourd'hui une technique courante dans le domaine du « Deep Learning », qui utilise les paramètres appris d'un réseau générique (l'extracteur des caractéristiques) pour améliorer l'entraînement d'un autre réseau sur une tâche plus spécifique. Le réseau spécifique est ensuite optimisé pour les contraintes matérielles du cas applicatif. Au vue de la généricité des représentations de l'extracteur de caractéristiques, on se demandera s'il n'est pas possible d'optimiser ce dernier avant le transfert des paramètres, pour éviter que chaque utilisateur ait besoin d'effectuer cette optimisation lui-même. Dans ce contexte, la thèse aura les objectifs scientifiques suivants: - Utilisation des méthodes d'apprentissage « non-supervisées » (self-supervisées, faiblement supervisées, semi-supervisées) pour entraîner des extracteurs sur des grandes bases de données - Etudier comment les méthodes d'optimisation typiques (p.ex. quantification) peuvent être appliquées sur ces extracteurs d'une manière générique (non-spécifique à une tâche applicative) - Quantifier l'influence de ces optimisations sur la capacité de « transfer learning » par benchmarking et par des analyses théoriques (p.ex. théorie de la compression) Compétences : Master 2 (ou équivalent), apprentissage automatique (en particulier Deep Learning), programmation (Python, Pytorch, Tensorflow, C++), bonne connaissance de l'Anglais

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Préservation des propriétés temporelles lors de la reconfiguration dynamique des Systèmes Cyber-Physiques

Département Systèmes et Circuits Intégrés Numériques

Laboratoire pour la Confiance des sYstèmes de calcuL

Informatique, simulation

01-09-2021

SL-DRT-21-0454

selma.azaiez@cea.fr

Systèmes cyberphysiques - capteurs et actionneurs (.pdf)

Un contrat de thèse de 3 ans est disponible au CEA List pour explorer la reconfiguration dynamique des systèmes cyber-physiques tout en préservant ses propriétés temporelles. Les systèmes cyber-physiques sont des systèmes distribués et hautement hétérogènes utilisés dans des applications modernes dans différents domaines tels que l'automobile autonome, l'usine intelligente, l'aéronautique, l'énergie, etc. De tels systèmes doivent obéir à des propriétés temporelles telles que la latence ou le débit, qui garantiront un fonctionnement correct des systèmes. Les équipes du CEA LIST utilisent des techniques formelles basées sur les MoCC (Models of Computation and Communication) pour modéliser, analyser et valider de tels systèmes tout en les appliquant dans une grande variété de domaines. Dans le cadre de cette thèse, le doctorant sera amené à utiliser ces formalismes pour s'assurer du respect de ces propriétés temporelles lors de l'exécution du système. À partir d'un modèle de calcul, une analyse statique générera la configuration initiale du système respectant une latence ou un débit donné. Un monitoring temps-réel validera ces propriétés le long de l'exécution du système. Si des déviations sont détectées, une reconfiguration dynamique du système sera proposée sur la base d'algorithmes d'intelligence artificielle. Ce sujet est important dans divers domaine d'application l'automobile autonome où le respect des délais temporels fournie une part importante des garanties de sûreté du système mais aussi dans des domaines de l'Industrie 4.0 où les chaînes de production sont amenées à être facilement reconfigurables tout en respectant et maintenant des propriétés de débit. Le poste est disponible au CEA Saclay à Nano-Innov Palaiseau (près de Paris). Cette thèse sera encadrée par Stéphane Louise (directeur de thèse) et Selma Azaiez (co-encadrant). Cette proposition est dédiée aux étudiants recherchant une thèse au contenu ambitieux et désirant acquérir une expérience dans la recherche technologique en lien avec l'industrie. Vous devrez présenter un niveau équivalent de Master 2 avec de préférence une spécialité en génie logiciel et/ou en recherche opérationnelle. La connaissance des méthodes formelles ainsi que des algorithmes d'ordonnancement vous aideront à atteindre les objectifs attendus. Enfin, vous devrez présenter une bonne capacité de travail personnel, une habilité de travailler en équipe et une motivation pour les challenges techniques.

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Modèle de la situation et planification de tâches d'un manipulateur mobile en environnement logistique incertain

Département Intelligence Ambiante et Systèmes Interactifs (LIST)

Laboratoire de Contrôle et Supervision Robotique

Master 2 ou école d'ingénieur

01-03-2021

SL-DRT-21-0459

eric.lucet@cea.fr

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

Le projet de recherche proposé concerne l'évolution autonome d'un robot mobile en contexte logistique, par exemple un chariot élévateur automatisé. A partir d'une analyse de la situation, le système devra, de façon autonome, être capable de trouver la séquence d'actions lui permettant de se déplacer vers un objet d'intérêt, le saisir et le placer dans une région prédéfinie. Cela doit pouvoir se faire tout en évitant les collisions et possiblement en dégageant le chemin pour rendre possible le mouvement de la base mobile et du préhenseur. En cas d'échec, la replanification inhérente à la méthode doit être capable de trouver une nouvelle séquence d'actions. Il s'agira ainsi d'implémenter un modèle statistique de la situation courante et future de navigation au voisinage d'un robot mobile équipé d'un système de préhension, ainsi qu'un algorithme de planification de tâches basé sur ce modèle. Le modèle de connaissance de la situation s'appuiera sur les données contextuelles des modules de perception, des modèles de processus et de tâches, des agents (robots et humains) présents dans l'environnement et de leurs états, des données intrinsèques du robot et du modèle géométrique de l'environnement. La détection de situations particulières (anomalies, etc.) pourra se traiter par de l'analyse de données et des algorithmes d'apprentissage automatique, avec possiblement une phase d'entrainement à partir de remontées d'informations et de connaissances a priori. En particulier, l'approche par planification hiérarchique dans le présent (HPN) intègre les planifications de tâche et de mouvement et traite l'incertitude. Elle évite d'essayer de trouver des solutions optimales pour le POMDP (ce qui est insoluble), en construisant une approximation déterministe de la dynamique (modèle de la situation), en établissant un plan séquentiel, et en exécutant ce plan tout en observant les éventuels changements par rapport aux résultats attendus, et en le re-planifiant lorsque des écarts se produisent. En outre, pour faire face à l'incertitude sur l'état actuel, la planification doit se faire dans l'espace de croyance, qui est la probabilité des distributions sur les états du monde. Ainsi, à partir de travaux préliminaires sur ce sujet, une amélioration du plan hiérarchique, ainsi qu'une meilleure compréhension et formulation des modèles de modification des états de croyance résultant de ces actions, seront à investiguer.

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Apprentissage incrémental autonome et embarqué

Département Systèmes et Circuits Intégrés Numériques

Laboratoire Intelligence Intégrée Multi-capteurs

Traitement de signal, apprentissage automatique, programmation pour l'embarqué

01-09-2021

SL-DRT-21-0465

carolynn.bernier@cea.fr

Data intelligence dont Intelligence Artificielle (.pdf)

Le développement récent d'algorithmes d'apprentissage incrémental adaptés aux réseaux neuronaux profonds est une opportunité permettant d'imaginer de nouveaux capteurs intelligents déployés dans des milieux réels. En effet, la capacité de pouvoir perfectionner son apprentissage à un contexte spécifique de déploiement offre au capteur la possibilité de se personnaliser face à des variations lentes de la tâche à accomplir (ex : détection de différents types d'anomalies) ou encore d'apprendre de nouvelles tâches non prévues initialement (ex : détection de nouveaux types d'anomalies). Cette possibilité rendrait le capteur autonome de plus en plus pertinent. Une application possible pourrait être un imageur intelligent embarqué sur un robot de compagnie et dont la tâche serait de reconnaître les personnes. Celui-ci deviendrait capable de s'adapter aux changements de personnes à reconnaitre dans son environnement ou encore aux changements de décor qui pourraient survenir dans l'environnement. L'objectif de cette thèse est d'explorer les moyens par lesquels le capteur intelligent peut être rendu effectivement autonome dans son évolution sachant que les algorithmes d'analyse du capteur sont fortement contraints par leur contexte d'exécution embarqué. La fonction sera implémentée au travers d'un système avec deux modes, un toujours actif à l'écoute de l'environnement et un avec du calcul plus intensif et sporadique. Se pose la question de partitionner cette fonction sur ce type d'architecture, pour viser performance et efficacité énergétique Les défis à relever pour réaliser un tel système sont multiples : Une première difficulté est la réalisation de mécanismes de détection d'exemples qui sont en réalité de faux négatifs et d'autres qui correspondent à des classes nouvelles. Or, la détection de ces deux types d'exemples doit être exécutée sur la plateforme « Always-on », avec les contraintes d'implémentation associées. Une seconde difficulté concerne la phase de ré-apprentissage qui est exécutée sur la plateforme « On-demand ». Cette phase de ré-apprentissage doit prendre en compte la structure du modèle « Always-on » afin de le ré-entraîner avec de nouveaux exemples, ceci afin soit de faire lentement évoluer le contenu des classes apprises soit afin d'apprendre une nouvelle classe, mais sans oublier les anciennes. Le domaine applicatif visé par cette thèse étant nouveau, le ou la candidat.e devra être capable de garder une vision large sur le sujet et devra nécessairement adresser des domaines aussi variés que la compréhension d'un grand nombre de familles d'algorithmes d'apprentissage automatique et incrémental, la mise en ?uvre de différents algorithmes d'entraînement de modèles neuronaux et enfin les besoins matériels nécessaires à la réalisation de ces calculs dans un contexte embarqué.

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Interconnexion de composants électroniques ultra-minces dans un flex étirable pour application médicale

Département Composants Silicium (LETI)

Laboratoire Packaging et 3D

Ingénieur matériau, Microélectronique

01-10-2021

SL-DRT-21-0466

jcsouriau@cea.fr

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

Les développements des systèmes flexibles intégrant des composants silicium ultraminces et capteurs offrent de nouvelles perspectives d'application au monde médical. En effet, il est possible de fonctionnaliser des « patchs » portés par la personne et permettre ainsi le suivi de paramètres vitaux et/ou physiologiques comme la fréquence cardiaque, la pression artérielle, l'oxygénation du sang, la température corporelle etc... Un enjeu important est la robustesse de ces systèmes aux sollicitations mécaniques. Selon l'emplacement sur le corps humain, le « patch » devra supporter des étirements plus ou moins importants. Les interconnections électriques dans le flex avec les composants silicium qui eux sont non étirables seront alors fortement sollicitées. Le CEA-LETI a récemment développé un procédé générique sur « wafer » de fabrication de vignettes flexibles comportant des composants silicium amincis en dessous de 50µm. Toutefois, le matériau flexible choisi n'était pas étirable. Dans le cadre de cette thèse de nouveaux matériaux étirables, robustes et compatibles avec une intégration « wafer level » devront être identifiés. Un des objectifs sera aussi le développement d'une interconnexion étirable à base d'un élastomère biocompatible. Cette interconnexion devra être conductrice de manière localisée et suffisamment adhérente pour supporter le procédé de fabrication du patch et le maintien des puces tout au long de son utilisation. Le thésard s'appuiera sur les développements du CEA-Liten sur une interconnexion s'inspirant de la structure des pattes du gecko. Enfin, dans une optique de réutilisation des composants à haute valeur ajoutés et d'une amélioration de la recyclabilité du patch cette interconnexion devra également être repositionnable et réutilisable.

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Hydrogénation de Liquid Organic Hydrogen Carrier par réduction électrochimique

Département des Technologies des NanoMatériaux (LITEN)

Laboratoire des technologies de valorisation des procédés et des matériaux pour les EnR

chimie/electrochimie

01-10-2021

SL-DRT-21-0471

vincent.faucheux@cea.fr

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

L'hydrogène est attendu comme le vecteur énergétique de demain du fait de la versatilité de ses moyens de production et d'utilisation. Néanmoins, son stockage reste aujourd'hui un défi technologique et scientifique majeur. Une alternative à la compression ou la liquéfaction de l'H2 - procédés énergivores et couteux - consiste à stocker et transporter l'hydrogène à pression atmosphérique et à température ambiante (via des infrastructures existantes) au moyen de molécules organiques liquides LOHC (Liquid Organic Hydrogen Carrier). Ces molécules peuvent subir des cycles réversibles d'hydrogénation/déshydrogénation en présence d'un catalyseur. Cette technologie permet donc d'acheminer l'hydrogène de son site de production (via l'électrolyse) vers son site d'utilisation grâce à l'utilisation de ces molécules liquides. Un frein au déploiement commercial de cette technologie réside dans l'efficacité énergétique de l'ensemble du processus et du coût des réacteurs d'hydrogénation/déshydrogénation. En effet, les réactions d'hydrogénation/déshydrogénation sont fortement exothermique/endothermique et nécessitent d'une part des températures relativement élevées et d'autre part des catalyseurs efficaces souvent à base de platinoïdes. Par ailleurs, l'étape d'hydrogénation nécessite au préalable de générer de l'H2 par électrolyse. La mise en place d'une hydrogénation directe de molécules LOHC à température et pression ambiante par électroréduction, permettrait de minimiser les besoins énergétiques liés à cette étape d'hydrogénation, et ouvrirait le champ d'application de cette technologie LOHC.

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Développement de procédés de gravure avancés pour la réalisation de nouvelles grilles CMOS

Département des Plateformes Technologiques (LETI)

Laboratoire Gravure

01-10-2021

SL-DRT-21-0472

aurelien.sarrazin@cea.fr

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

Avec l'émergence des technologies quantiques, l'architecture des dispositifs telles que la zone active et la grille du transistor est considérablement modifiée. Ces nouvelles structures imbriquées imposent un contrôle de la gravure toujours plus important pour répondre aux enjeux des nouveaux dispositifs. Ainsi de nouveaux challenges vont devoir être relevés pour conserver des dimensions de motifs inférieures à 20 nm mais également à augmenter la sélectivité de gravure entre les matériaux. Pour cela, nous proposons d'avoir recours à des techniques de gravures dites par couche atomique (ALE en anglais). Grâce à ces techniques, nous devrons être capables d'augmenter la sélectivité et favoriser la conservation des motifs en dissociant les étapes dites de polymérisation et celles de gravure. La caractérisation et la compréhension des mécanismes seront la clé de l'évolution des travaux. Ainsi, vous aurez à votre disposition un réacteur plasma de dernière génération pour la gravure de ces dispositifs et profiterez des nombreux moyens de caractérisations des plateformes du LETI. Ces études rentreront dans le cadre du développement des projets autour du quantique sur lequel le LETI s'engage pour les prochaines années. L'enjeu et les moyens à disposition permettront des conditions favorables à ces travaux de thèse et devraient favoriser sa valorisation.

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Développement d'un capteur de gaz à base de circuits photoniques biofonctionnalisés pour l'analyse de composés organiques volatils à très faibles concentrations pour des applications en environnement et santé

Département d'Optronique (LETI)

Laboratoire des Capteurs Optiques

Ingénieur ou M2 physicien expérimentateur multidisciplinaire spécialité micro-nano-technologies, instrumentation, modélisation et chimie

01-10-2021

SL-DRT-21-0473

loic.laplatine@cea.fr

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

L'identification et la quantification de composés organiques volatils (COV) dans l'air est un enjeu crucial dans de nombreux domaines. L'analyse de l'air extérieur permet par exemple de suivre et maitriser la pollution liée à l'industrie ou au trafic autoroutier. De même, l'analyse de l'air exhalé permet le diagnostic de certaines pathologies. Il faut pour cela pouvoir mesurer des dizaines, voire centaines de COV différents à très basse concentration (ppb) dans des matrices de gaz complexes. Le CEA Grenoble a récemment développé des capteurs utilisant des circuits photoniques intégrés sur silicium fonctionnalisés chimiquement par des biomolécules capables de capter spécifiquement certains COV, à l'image de l'olfaction humaine. Ils sont actuellement utilisés pour la mesure d'odeurs dans l'air. Ces capteurs photoniques biomimétiques offrent un fort potentiel en terme de miniaturisation, d'amélioration de la sensibilité, de multiplexage pour la mesure de mélanges complexes, et sont fabricables à bas coût par des procédés issus de la microélectronique. Ils permettent notamment d'envisager des analyses de gaz in situ et en temps réel. La thèse se positionne à la frontière des nez électroniques et des systèmes analytiques et aura pour objectif la conception et l'instrumentation d'un dispositif expérimental permettant d'améliorer la limite de détection et l'identification. La thèse sera hautement pluridisciplinaire et comprendra de la conception et caractérisation de circuits photoniques intégrés sur wafers et puces, de la conception et de la caractérisation de circuits microfluidiques, de la chimie et de la biofonctionnalisation de surface, ainsi que de l'analyse de données (classification, modélisation, apprentissage, etc?). On se proposera d'explorer certaines applications en fin de thèse, notamment sur l'analyse d'air exhalé et la détection de polluants atmosphériques.

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Simulation et optimization d'une photodiode à avalanche (SPAD) couplée à un absorber Germanium

Département d'Optronique (LETI)

Laboratoire d'Imagerie sur Silicium

Physique du solide et simulations

01-01-2021

SL-DRT-21-0477

norbert.moussy@cea.fr

Photonique, imageurs et écrans (.pdf)

Les dispositifs optoélectroniques avancés tels que la diode à avalanche à photon unique (SPAD) sont maintenant largement utilisés dans les domaines de l'imagerie 3D, de l'assistance de caméra, de la télémétrie laser et de la proximité. La prochaine génération de SPAD sera consacrée à la télémétrie 3D en temps de vol et à la détection rapide des mouvements, notamment pour les LiDaR utilisés dans les voitures à conduite autonome. Le travail de thèse consistera à développer et exploiter des simulateurs développé à ST-Microelectronics pour les dispositifs optoélectroniques et plus spécifiquement, le SPAD à absorption séparée Ge. Dans ce type de capteurs, la lumière infrarouge est absorbée dans le germanium et les porteurs photogénérés sont transportés dans la zone d'avalanche en silicium pour l'amplification du signal. Une connaissance approfondie du transport entre les deux matériaux est fondamentale pour l'optimisation de l'appareil. Cela se fera par simulation et étalonnages des modèles. Tout d'abord, des simulations de processus d'implantation de dopage, mais aussi de déformation résiduelle dans la couche épitaxiale de Ge seront utilisées pour extraire des profils de dopage réalistes à insérer dans le code Monte Carlo (MC). Deuxièmement, en utilisant la simulation 3D de particules MC pour résoudre l'équation de transport de Boltzmann, le comportement temporel de différentes conceptions de dispositifs SPAD basés sur le Si et le Ge sera analysé statistiquement afin de réduire la 'gigue' et d'améliorer la probabilité de détection des photons. La technique MC est un outil unique pour analyser les trajectoires de particules uniques ainsi que l'évolution temporelle des courants et des tensions aux bornes du dispositif.

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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 technologies de valorisation des procédés et des matériaux pour les EnR

Master 2 sciences des matériaux, chimie

01-10-2021

SL-DRT-21-0502

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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Diminution du coût énergétique de la capture du CO2

Département des Technologies des NanoMatériaux (LITEN)

Laboratoire Micro-Sources d'Energie

Master or Engineering degree in Chemistry or Materials Science

01-10-2021

SL-DRT-21-0503

arthur.roussey@cea.fr

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

La réduction des émissions de CO2 est l'enjeu majeur de notre génération. La transition énergétique vers des sources bas carbone prendra du temps et la capture du CO2 aux sources d'émission ou directement depuis l'atmosphère est une solution de mitigation en fort développement. La capture du CO2 est un procédé cyclique, mettant en jeu une étape de piégeage, suivi d'une étape de régénération pendant laquelle un flux contenant un pourcentage élevé de CO2 est obtenu, puis stocké. Le coût de la capture du CO2, notamment dans le cas de la capture depuis l'atmosphère (~400 ppm), est très élevé (100-400?/tCO2),[1],[2] ce qui est en grande partie dû au coût énergétique élevé de l'étape de désorption et régénération du piège (~1500 kWh/tCO2). L'objectif de la thèse sera de synthétiser de nouvelles polyamines et d'étudier leurs interactions avec le CO2 et l'eau, avec pour objectif de réduire diminuer significativement le coût énergétique de la capture du CO2 et d'améliorer la stabilité thermique des sorbents. [1] K. Z. House, A. C. Baclig, M. Ranjan, E. A. van Nierop, J. Wilcox, et H. J. Herzog, « Economic and energetic analysis of capturing CO2 from ambient air », Proc. Natl. Acad. Sci., vol. 108, no 51, p. 20428, déc. 2011. [2] M. Fasihi, O. Efimova, et C. Breyer, « Techno-economic assessment of CO2 direct air capture plants », J. Clean. Prod., vol. 224, p. 957-980, juill. 2019.

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Qualification et quantification des défauts de surface du Gan, InGaN et AlGaN

Département d'Optronique (LETI)

Laboratoire des Composants Emissifs

Physique des semiconducteurs / Optoélectronique

01-09-2021

SL-DRT-21-0515

David.Vaufrey@cea.fr

Photonique, imageurs et écrans (.pdf)

Les µLED à base de GaN semblent prometteuses pour les applications de type réalité augmentée (AR) ou réalité virtuelle (VR). En effet, elles permettraient de réaliser des écrans avec des résolutions et des luminances jusqu'alors non atteintes. Mais ces µLED souffrent d'un chute d'efficacité en comparaison de leur s?ur de plus grande taille. Une explication communément admise à cette chute d'efficacité réside dans l'existence de nombreux défauts de surface induit par la gravure de singularisation des pixels. Plus les dimensions de la LED sont réduites, plus les défauts jouent un rôle important dans le comportement électro-optique. Leurs présences, s'ils sont peu profonds, peuvent faciliter l'injection électrique, en revanche s'ils sont profonds, contribuent à la dégradation des performances de composants de type LED par exemple. Le présent sujet de thèse vise à quantifier et qualifier les défauts de surface dans le GaN, l'InGaN et l'AlGaN qui composent les µLED à base de GaN. La ou le thèsard(e) devra réaliser par lui-même toutes les étapes de réalisation de nouveaux composants nécessaires à l'étude, débutant par la conception des masques de photolithographie, la réalisation de toutes les étapes technologiques et finalement des caractérisations électro-optiques tels que par exemple DLTS (Deep Level Transient Spectroscopy), DLOS (Deep Level Optical Spectroscopy) ou photocourant. A l'issue, la ou le thèsard(e) devra identifier les défauts de surface les plus limitant pour l'efficacité des LED et les plus favorables à l'injection de porteurs électriques. La thèse se déroulera en étroite collaboration avec Ph Ferrandis (directeur de thèse) de l'institut Néel, N. Rochat (co-encadant) du CEA Leti (PFNC Plateforme Nano Caracterisation) et David Vaufrey (encadrant) du CEA Leti (LCEM Laboratoire Composant Emissif). La bourse de thèse serait intégralement financée par le CEA Leti de Grenoble pour une durée de 3 ans.

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Utilisation d'un cycle électrochimique-chimique à base de lithium pour la generation d'NH3

Département des Technologies des NanoMatériaux (LITEN)

Laboratoire des technologies de valorisation des procédés et des matériaux pour les EnR

chimie/electrochimie

01-10-2021

SL-DRT-21-0522

Parviz.HAJIYEV@cea.fr

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

L'hydrogène est un vecteur énergétique prometteur s'il est produit à partir d'énergie renouvelable et stocké/transporté en toute sécurité et à faible coût. L'ammoniac présente des atouts indéniables pour le stockage d'H2 avec des densités énergétiques élevées (17.8% wt H2) et des infrastructures existantes pour sa distribution. L'ammoniac est produit à grande échelle selon le procédé Haber-Bosch dans des conditions opératoires sévères (?450 °C, ?200 atm). L'hydrogène nécessaire à ce processus est produit à partir de gaz naturel, émettant 3% du CO2 anthropogénique. Une alternative consiste à synthétiser directement l'ammoniac à partir d'électricité renouvelable en utilisant un cycle électrochimique-chimique à base de lithium. Ce cycle implique différentes étapes dont la nitruration du Li (formation de Li3N), l'hydrolyse du Li3N pour générer de l'ammoniac, et enfin l'électrolyse du LiOH pour reformer du Li et ainsi fermer le cycle. La mise en place de ce cycle dans des conditions températures/pressions modérées, passe par une optimisation de chacune des étapes en terme de cinétique et de rendement. Générer de l'ammoniac dans ces conditions modérées permettrait de très fortement limiter l'impact écologique lié à cette molécule.

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Analyse prédictive, synthèse et validation de catalyseurs non nobles pour une décomposition efficiente de NH3 à plus basse température

Département des Technologies des NanoMatériaux (LITEN)

Laboratoire des technologies de valorisation des procédés et des matériaux pour les EnR

chimie fondamentale/materiau

01-10-2021

SL-DRT-21-0523

jerome.delmas@cea.fr

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

L'hydrogène est attendu comme le vecteur énergétique de demain du fait de la versatilité de ses moyens de production et d'utilisation. Néanmoins, les solutions actuelles de stockage (hyperbare, H2 liquide, ?) présentent toutes certains inconvénients (coût, besoin en énergie, pertes par diffusion ou ébullition). Dans ce contexte, différentes alternatives existent parmi laquelle l'ammoniac. L'ammoniac présente des atouts indéniables pour le stockage d'H2 avec des densités énergétiques volumiques (108 kg H2/m3 NH3 à 20°C-8,6bar) et massiques (17.8%wt H2) élevées et des infrastructures existantes pour sa distribution. Par ailleurs son utilisation soit sous forme de NH3 soit sous forme d'H2 après décomposition permet d'envisager l'ammoniac pour de multiples applications. Sa décomposition est endothermique et une température élevée (> 700°C) est nécessaire pour assurer sa décomposition avec des cinétiques élevées. Cette température implique un vieillissement accéléré des catalyseurs et a un impact fort sur la tenue mécanique des réacteurs dans le temps. Développer des catalyseurs permettant la décomposition efficace (cinétique, coût) de NH3 à plus basse température, sur la base d'une approche théorique et expérimentale, permettrait de participer au développement de technologies NH3.

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Batteries K-ion, vers un système complet sans métaux critiques

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

Laboratoire Matériaux

Chimie des matériaux et des interfaces

01-09-2021

SL-DRT-21-0524

david.peralta@cea.fr

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

Les batteries Li-ions actuelles utilisées dans les applications hautes énergies sont principalement composées d'une anode en graphite et d'une cathode contenant un oxyde lamellaire lithié de formule LiNixMnyCozO2. Le développement et la généralisation de l'automobile électrique va engendrer une tension notable sur certains éléments chimiques déjà considérés comme critiques ou qui tendent à le devenir (lithium, nickel, cobalt). De plus, le mode de production de ces matériaux s'avère être très énergivore (multiples calcinations) et met en ?uvre des solvants/produits peu respectueux de l'environnement (NMP, ammoniaque). La thèse que nous proposons ici a pour but de développer une technologie de batterie basée sur le potassium, n'utilisant aucun élément critique et dont la production permettrait de réduire considérablement l'empreinte écologique. En terme de performance, le potassium possède un potentiel très proche de celui du lithium, ce qui laisse penser que des batteries hautes énergies pourront être fabriquées. Certains matériaux de cathode au potassium possèdent des capacités théoriques de 155 mAh/g à un potentiel proche de 4 V ce qui permet de rendre la technologie concurrentielle face aux batteries Li-ion classiques. La thèse permettra d'optimiser et de valider la technologie en système complet. L'étudiant optimisera la synthèse du matériau de cathode, l'anode, l'électrolyte afin d'obtenir un système complet performant.

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Matériaux Pérovskites: influence des procédés de nanocristallisation sur les performances des cellules PK pour une integration tandem

Département des Technologies Solaires (LITEN)

Laboratoire des Cellules Tandem

Caractérisations avancées des matériaux (DRX), photovoltaïque, chimie inorganique

01-10-2021

SL-DRT-21-0526

noella.lemaitre@cea.fr

Energie solaire pour la transition énergétique (.pdf)

Après plusieurs décennies de développement, les cellules PV à base de silicium cristallin (Si) présentent un degré de maturité élevé et leurs performances tendent maintenant vers leur limite pratique. Une stratégie permettant de dépasser cette limite consiste à réaliser des cellules multi-jonctions en associant une sous-cellule silicium avec une sous-cellule à plus large bande interdite (1,6 - 1,7 eV vs 1.12 eV pour le silicium) présentant des performances élevées. La famille des pérovskites hybrides halogénées à base de plomb (Structure de type ABX3) peut satisfaire ces caractéristiques. Ce type de matériaux peut être intégré par voie solvant à basse température dans des dispositifs photovoltaïques et conduire à des rendements potentiels dépassant les 30% en configuration tandem avec une cellule silicium. Pour cela, le contrôle de la cristallisation de la pérovskite à partir de la formulation de précurseurs est évidemment crucial. Par ailleurs, le développement de méthode de mise en ?uvre de cette pérovskite pouvant être mise à l'échelle est un verrou majeur vers un déploiement de cette technologie. Une stratégie développée au CEA consiste à initier la cristallisation par une trempe avec un flux de gaz. L'objectif de la thèse est donc d'étudier les mécanismes de nano cristallisation des couches pérovskites mises en ?uvre via ce procédé, avec pour but une intégration efficace dans les dispositifs tandems.

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Apport du calcul en mémoire pour des applications sporadiques en environnement extrême

Département Systèmes et Circuits Intégrés Numériques

Laboratoire Fonctions Innovantes pour circuits Mixtes

BAC+5 Electronique : Diplome d'ingénieur et/ou Master de recherche

01-10-2020

SL-DRT-21-0529

jean-frederic.christmann@cea.fr

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

Dans le contexte de l'Internet des Objets, les applications sont souvent sporadiques et les conditions de fonctionnement des systèmes difficiles. La réduction de la consommation des plateformes embarquées permet d'augmenter l'autonomie de tels systèmes ou d'améliorer leurs fonctionnalités. Pour cela, ce sujet aborde la conception d'un composant mémoire capable de réaliser des calculs complexes directement en mémoire afin de réduire fortement les échanges de données avec le processeur et de réduire la consommation énergétique associée. Ce composant sera conçu en logique asynchrone, solution naturelle pour de telles applications et qui offre des opportunités d'optimisation forte dans son implémentation physique. La description d'un tel composant, sa validation par simulation, son implémentation physique et la caractérisation de ses performances constituent les étapes importantes de ces travaux de thèse. La fabrication d'un circuit intégrant les propositions faites dans le cadre des travaux pourra également être envisagée et permettra de valider l'approche choisie dans un contexte réel.

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Système optofluidique pour le suivi d'un organoide sur puce

Département Microtechnologies pour la Biologie et la Santé (LETI)

Laboratoire Chimie, Capteurs et Biomatériaux

01-10-2021

SL-DRT-21-0534

charlotte.parent@cea.fr

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

Le contexte de la thèse concerne la culture et le suivi d'organoïdes sur puce. Ces nouveaux modèles cellulaires 3D offrent l'opportunité d'étudier in vitro les mécanismes fondamentaux à l'?uvre dans les tissus et de développer des thérapies innovantes. L'objectif est de développer un nouveau système microfluidique intégrant une lecture optique simple, robuste et compact pour le suivi in situ de l'évolution du sécrétome pendant la phase de culture en choisissant comme modèle la culture d'ilots de Langherans. Ces cellules, formant le pancréas sont au coeur de la recherche thérapeutique contre le diabète. Pour atteindre notre objectif, nous proposons de combiner deux approches au sein d'une puce microfluidique : une puce de capteurs à cristaux photoniques compatibles avec une lecture optique sans lentille (LED + CMOS), et une technologie microfluidique intégrant une membrane élastique actionnée pneumatiquement. Les verrous principaux concernent la sensibilité des capteurs, l'intégration de la puce optique et le prélèvement des aliquots sans perturbation de l'organoïde. La thèse se déroulera dans deux laboratoires complémentaires : le CEA-LETI (microfluidique, technologie), et l'INL (capteurs photoniques). S'agissant d'un sujet pluridisciplinaire, nous recherchons un candidat avec des solides bases en physique et /ou sciences des matériaux et qui pourra s'approprier facilement les aspects biologiques et microfluidique (formation ingénieur ou master en biophysique).

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Etude et développement de matériaux thermoélectriques par fabrication additive

Département des Technologies des NanoMatériaux (LITEN)

Laboratoire de Modélisation et Matériaux pour la Métallurgie

Ingénieurs, Master2

01-10-2021

SL-DRT-21-0536

guilhem.roux@cea.fr

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

Depuis plus de 15 ans, le laboratoire L3M du CEA-Liten a acquis une grande expérience en thermoélectricité (TE), notamment dans les technologies films minces et massifs. La thermoélectricité permet de convertir l'énergie thermique en énergie électrique (effet Seebeck), et réciproquement (effet Peltier). Depuis 5 ans, le L3M s'est également doté d'une expertise en fabrication additive (FA), principalement pour les matériaux métalliques. L'utilisation de la FA pour la TE offre de nouvelles perspectives, et permet notamment d'accéder à des géométries complexes (optimisation du rendement de conversion global et/ou meilleure intégration), avec moins de perte de matériaux, une diminution significative du challenge d'intégration et d'interface, un temps de fabrication raccourci, un coût plus bas et la possibilité de réaliser des dispositifs très rapidement par rapport aux autres technologies. Le principal verrou consiste à obtenir des matériaux d'aussi bonne qualité que les autres technologies (densité, microstructure), ce qui passera par un développement approfondi du procédé. Deux familles de matériaux seront testées : le Bi2Te3 et le MnSi/FeGe. La première est la référence dans la gamme de température 300-550 K et la seconde dans la gamme 500-700 K. L'objectif de la thèse sera donc d'étudier et d'optimiser les mécanismes de fabrication des matériaux par FA (avec la technologie fusion laser sur lit de poudre L-PBF). Cette étude devra notamment permettre de comprendre et de mettre en avant les spécificités des mécanismes de la fabrication additive sur les propriétés structurelles des matériaux TE. Cette étude structurelle approfondie comprendra également les mesures des propriétés mécaniques, ainsi que les analyses microscopiques. Elle devra également être corrélée aux mesures expérimentales des propriétés thermoélectriques des matériaux fabriqués (coefficient Seebeck, conductivité électriques et thermiques). Par ailleurs, à ce jour, aucun dispositif thermoélectrique n'a jamais été fabriqué par cette technologie. La fabrication d'un dispositif TE nécessite d'associer deux matériaux thermoélectriques et de les assembler ensemble, en optimisant les contacts électriques entre les deux matériaux. Le CEA-Liten a déposé un brevet pour la fabrication originale d'un tel dispositif à partir de la fabrication additive. Ainsi, la réalisation et la caractérisation électrique d'un premier prototype thermoélectrique seront également développées dans le cadre de ces travaux de thèse, permettant là aussi de mettre en évidence les avantages de cette technique de fabrication, tels que la réalisation de géométrie complexe, moins de perte significative de matériaux, un temps de fabrication raccourci, etc.

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Nouvelles approches intelligentes d'analyse de l'intonation et l'intelligibilité de la parole chez les enfants atteints de paralysie cérébrale

Département Intelligence Ambiante et Systèmes Interactifs (LIST)

Laboratoire d'Interfaces Sensorielles & Ambiantes

Ingénieur ou Master 2 en Informatique, Apprentissage profond et IA

01-10-2021

SL-DRT-21-0539

margarita.anastassova@cea.fr

Data intelligence dont Intelligence Artificielle (.pdf)

L'infirmité motrice cérébrale (IMC) est un trouble moteur du développement qui affecte la capacité d'un individu à se déplacer et à maintenir son équilibre et sa posture. Elle touche 2 à 4 enfants sur 1 000, ce qui fait de cette maladie chronique le handicap moteur le plus fréquent chez l'enfant. En plus des problèmes moteurs, de nombreux enfants atteints d'IMC ont des difficultés d'élocution, ce qui affecte gravement leur accès aux activités sociales et éducatives. Le trouble de la parole le plus fréquent chez les enfants avec IMC est la dysarthrie développementale, caractérisée par des mouvements limités de la mâchoire, des lèvres et de la langue, une articulation imprécise, un rythme d'élocution lent, une intonation réduite avec une variation limitée de la hauteur, le rythme et le volume de la parole, ce qui entraîne une mauvaise intelligibilité. Malgré la fréquence des problèmes d'intonation et d'intelligibilité dans cette population, l'hétérogénéité des profils et le rôle central de l'intonation dans la communication, peu d'études ont examiné les profils prosodiques (relatifs à l'intonation) chez ces enfants afin de les caractériser et de les classer. Par conséquent, il y peu de connaissances sur les problèmes d'intonation et leur relation avec l'intelligibilité de la parole chez les enfants atteints d'IMC. L'objectif du projet de recherche est de combler ces lacunes. Pour ce faire, une approche basée sur des données du monde réel sera utilisée, combinée à des approches analytiques innovantes basées sur l'IA et l'apprentissage profond.

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Techniques de fuzzing pour le support aux analyses statiques de sécurité

Département Ingénierie Logiciels et Systèmes (LIST)

Laboratoire pour la Sûreté du Logiciel

Master/Ingénieur en Informatique

01-10-2021

SL-DRT-21-0557

michael.marcozzi@cea.fr

Cybersécurité : hardware et software (.pdf)

Garantir la sécurité numérique est un enjeu crucial. Dans ce contexte, les analyses statiques et le fuzzing sont des approches populaires permettant de détecter les vulnérabilités logicielles directement au niveau binaire. Ces deux approches sont complémentaires: les analyses statiques peuvent soit fournir des garanties que le programme est sûr, soit signaler des exécutions de programme potentiellement dangereuses. Au contraire, le fuzzing ne peut fournir aucune garantie stricte sur la sécurité du programme, mais est capable d'identifier à coup sûr des exécutions qui présentent une vulnérabilité. Dans cette thèse, nous utiliserons donc le fuzzing pour confirmer les rapports de vulnérabilité issus de l'analyse statique. Cela nous demandera de développer un fuzzer capable de cibler les exécutions potentiellement non sécurisées identifiées par l'analyseur statique. Ceci est assez complexe car le fuzzing ciblé est un domaine difficile et peu recherché. De plus, les analyseurs statiques fournissent des descriptions assez vagues des exécutions potentiellement vulnérables, ce qui rend la tâche du fuzzer encore plus compliquée. Pour surmonter ces défis, nous profiterons de solutions éprouvées dans les domaines du test basé sur la recherche et des critères de couverture avancés, et qui sont sous-exploitées dans le domaine du fuzzing. Le fuzzer développé sera évalué à grande échelle dans des cas d'utilisation réels et nous déterminerons dans quelle mesure il permet une meilleure prioritisation et une élaboration plus précise des rapports de vulnérabilité. Enfin, nous fournirons des éléments de généralisation, afin de rendre le fuzzing ciblé plus facilement adaptable à d'autres problèmes partageant des similitudes avec la confirmation de rapports de vulnérabilité.

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Concentration et capture de pathogènes en conditions homogènes dans un microsystème

Département Microtechnologies pour la Biologie et la Santé (LETI)

Laboratoire Chimie, Capteurs et Biomatériaux

Ingénieur physicien

01-10-2021

SL-DRT-21-0558

jean-maxime.roux@cea.fr

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

La recherche de pathogènes (toxines, virus, bactéries, spores fongique), que ce soit par des tests immunologiques ou biomoléculaires, est souvent limitée par la préparation des échantillons recueillis. Ceux-ci sont souvent trop dilués et nécessitent une étape de concentration pour déceler de façon précoce une contamination. Ils peuvent aussi contenir des interférents susceptibles de fausser les résultats des tests en conduisant à des faux-positifs ou des faux-négatifs. Ces éventuels interférents doivent être neutralisés ou éliminés par des lavages, au risque de diluer les échantillons ; une étape de concentration est alors de nouveau nécessaire. Ce travail de préparation d'échantillon est couramment réalisé en laboratoire mais il est délicat à mettre en ?uvre au sein d'un microsystème d'analyse biologique. Les innovations dans le domaine permettront d'avoir des dispositifs adaptés à un diagnostic rapide, sur le terrain, par des personnes non expertes. De tels dispositifs pourront être, par exemple, employés pour déceler des allergènes dans des boissons ou des aliments, pour alerter d'un risque de contamination via l'eau ou l'air. Le sujet de thèse proposé s'inscrit dans un projet de mise en ?uvre original d'écoulements au sein d'un canal microfluidique pour améliorer la capture et la concentration de pathogènes, aussi bien des microorganismes que des allergènes et des toxines. Le procédé qui sera étudié vise d'une part à contourner les problèmes de colmatage que présentent les filtres et les puces dites à piliers. Il vise d'autre part à accélérer les tests d'analyses biologiques dans un système compact et autonome. Le laboratoire recherche pour ce projet un(e) étudiant(e) motivé(e) par un travail expérimental en microfluidique sous-tendu par une compréhension fine des phénomènes physiques en jeu. En complément une connaissance des tests classiques de biologie moléculaire et des tests immunologiques sera appréciée. Des compétences en simulation numérique sont également un atout pour candidater au sujet proposé.

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Sécurité du code et spéculations

Département Ingénierie Logiciels et Systèmes (LIST)

Laboratoire pour la Sûreté du Logiciel

M2 en informatique. Spécialisation en méthodes formelles, sécurité ou compilation

SL-DRT-21-0559

sebastien.bardin@cea.fr

Cybersécurité : hardware et software (.pdf)

Nous considérons le cadre général de l'analyse automatique de programmes pour la sécurité. Tandis que les attaques standards profitent de bugs de programmation (ex : débordement mémoire et injection de code), les récentes attaques micro-architecturales profitent elles de comportements subtiles des microprocesseurs, typiquement les comportements spéculatifs, afin de récupérer des données sensibles. Ces vulnérabilités sont très difficiles à trouver pour un expert humain, car elles demandent de raisonner à un très bas niveau de code, sur des comportements non naturels. Le but de ce sujet de thèse est de comprendre comment les techniques avancées d'analyse de code pour la sécurité (notamment, l'exécution symbolique) peuvent être adaptées au cas des attaques micro-architecturales par spéculation, avec en ligne de mire la vérification et la sécurisation de primitives de sécurité essentielles dans les librairies cryptographiques et dans les systèmes d'exploitation. Les défis principaux sont la compréhension de la sémantique par spéculation, la compréhension des propriétés de sécurité impliquées, et finalement la conception de techniques de vérification capables de passer à l'échelle pour les attaques spéculatives. Ces résultats seront implémentés dans l'outil open-source BINSEC d'analyse de code binaire.

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Apprentissage par Transfert et Transport Optimal appliqués à l'adaptation de modèles appris sur données simulées

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

01-10-2021

SL-DRT-21-0563

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 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 ayant fait l'objet de travaux au sein du laboratoire, notamment l'adaptation de modèles appris sur des données simulées. Une version plus détaillée du sujet de thèse est consultable via le lien suivant : https://drive.google.com/file/d/13RAQEi0PdnkllM-MHxQS50WWUNUtGS07/view?usp=sharing

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Electrodes positives à haute densité d'énergie à base de verres pour accumulateurs Li-Ion et Na-Ion

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

Laboratoire Matériaux

Ingenieur/Master Chimie du Solide ou Electrochimie

01-10-2021

SL-DRT-21-0577

sebastien.martinet@cea.fr

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

Ce sujet de thèse vise au développement de nouveaux matériaux d'électrodes positives à base de verres pour accumulateurs Li-Ion et Na-Ion à forte densité d'énergie. Ces développements seront menés conjointement entre le laboratoire des matériaux pour batteries du CEA-Grenoble et le LDMC du CEA-Marcoule spécialisé dans la formulation et la caractérisation des verres. Les travaux viseront à optimiser les formulations complexes de ces verres pour lever les verrous en terme de perte irréversible au premier cycle et faible cyclabilité. L'objectif sera d'obtenir une composition sans métaux critiques à plus de 1000Wh/kg de matériau actif contre 700 pour les meilleurs matériaux de l'état de l'art actuel. Ceci sera mené en s'appuyant sur un volet caractérisation avancé couplant différentes techniques telles que la diffraction aux rayons X et les spectroscopies RAMAN et FTIR. Un effort particulier sera apporté au développement de mesures operando ou in-situ afin de comprendre les liens entre performances électrochimiques et caractéristiques des verres, ce qui n'a encore pas été reporté dans la littérature.

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Développement de pixels sensible à la polarisation

Département d'Optronique (LETI)

Laboratoire d'Imagerie sur Silicium

Formation solide en physique, fort intérêt pour la nanophotonique, la science des matériaux, la simulation numérique et les études expérimentales

01-10-2021

SL-DRT-21-0588

quentin.abadie@cea.fr

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

Pour certains marchés de production de masse (automobile, contrôle industriel, cartographie de profondeur etc?), des pixels sensibles à la polarisation pourraient être utiles. Le doctorat abordera ce domaine et pèsera les avantages et les inconvénients des solutions actuelles. Se différenciant des capteurs de polarisation actuellement sur le marché, qui intègrent des grilles métalliques sur les pixels, le projet de thèse vise à explorer de nouveaux designs et process de micro/nano-optiques intégrées pour améliorer les performances.

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Éléments finis de coques en temps réel pour la simulation en réalité virtuelle

Département Intelligence Ambiante et Systèmes Interactifs (LIST)

Laboratoire de Simulation Interactive

Ingénieur ou Master en Mécanique ou Mathématiques Appliquées

01-09-2021

SL-DRT-21-0594

anders.thorin@cea.fr

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

Avec l'intérêt grandissant pour la simulation interactive apparait le besoin de simuler en temps réel des coques, qui sont des volumes dont deux dimensions sont grandes devant la troisième (l'épaisseur). L'objectif de cette thèse consiste donc à développer un modèle de coque adapté en se concentrant sur la dynamique des coques minces (théorie de Kirchhoff?Love), dans le cadre des grands déplacements (non-linéarité géométrique) mais dont les déformations demeurent faibles, avec une loi de comportement de type Saint-Venant ? Kirchhoff. Le travail s'effectuera en trois partie, i) fournir des critères pour déterminer ce qui peut être simulé en temps réel ou non (avec un nombre de degrés de liberté et une précision donnée), ii) identifier ou développer des éléments finis à la fois robustes pour traiter différents cas d'usage et efficaces en termes de coût de calcul, iii) en fournir une implémentation et des exemples de simulations qu'on ne sait pas simuler en temps réel à ce jour, à matériel égal.

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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

01-10-2021

SL-DRT-21-0605

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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Simulation multi-échelles pour l'ingénierie et la caractérisation des matériaux et dispositifs quantiques

Département Composants Silicium (LETI)

Laboratoire de Simulation et Modélisation

Diplôme de Master 2 ou Ingénieur en physique. Solide formation en physique du solide et mécanique quantique.

01-10-2021

SL-DRT-21-0606

benoit.sklenard@cea.fr

Simulation numérique (.pdf)

Les dispositifs quantiques ouvrent des perspectives inédites pour le traitement de l'information. Le CEA développe, en particulier, des bits quantiques silicium. Dans ce domaine novateur, l'exploration systématique des nombreuses options possibles est prohibitive. Les défis posés par les technologies quantiques ne peuvent donc être relevés sans la simulation numérique avancée. Le CEA dispose d'un code multi-physique HPC, TB_Sim, pour la modélisation des dispositifs quantiques des échelles nano- à mésoscopique. Toutefois, la simulation fait face à des verrous qui ne lui permettent pas aujourd'hui d'être suffisamment prédictive sur ces dispositifs. L'un des plus importants verrous, est la description des surfaces, interfaces et défauts, qui jouent un rôle essentiel dans la physique du couplage spin-orbite et des « vallées » du silicium. Cette thèse vise à introduire les approches atomistiques « ab initio » dans la chaîne de simulation multi-échelles pour le quantique. Le/La candidat(e) se focalisera sur les interfaces du silicium avec ses matériaux d'encapsulation (SiGe, SiO2, ...) et sur les défauts à ces interfaces (amorphisation, défauts Pb, ...). Il/Elle veillera notamment à l'articulation des méthodes ab initio avec la description des échelles nano- et mésoscopiques. L'objectif ambitieux de cette thèse est d'intégrer pleinement la simulation numérique à toutes les étapes de la conception, fabrication et caractérisation des dispositifs, en lui permettant d'être suffisamment prédictive même en terrain inconnu. Des expériences numériques seront menées à cet effet aussi bien en amont qu'au cours de la caractérisation afin de confronter les résultats de simulation à la réalité, appuyer l'analyse des données en fournissant les « pièces manquantes du puzzle » qui ne peuvent être mesurées directement, et assurer le retour d'expérience vers la conception. Ces travaux seront effectués dans le cadre d'une collaboration étroite entre le CEA-Leti (méthodes ab initio) et l'IRIG (code TB_Sim).

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Définition d'une nouvelle échelle de référence en énergies X et gamma inférieures à 100 keV à l'aide de calorimètres magnétiques ultra haute résolution

Département Métrologie Instrumentation et Information (LIST)

Laboratoire de Métrologie de l'Activité

Master 2 ou ingénieur en physique. Instrumentation en physique nucléaire. Intéractions rayonnement-matière

01-09-2021

SL-DRT-21-0608

matias.rodrigues@cea.fr

Nano-caractérisation avancée (.pdf)

Actuellement, de nombreuses expériences de physique fondamentale visent à mesurer précisément des transitions électromagnétiques par spectrométrie de photons X ou gamma. Elles ont pour objectif de sonder des atomes exotiques (hydrogénoïdes, pioniques ou kaoniques) pour étudier la structure du noyau et l'interaction noyau-particule ou pour tester la chromodynamique quantique (QCD) dans des conditions extrêmes. D'autres expériences visent à mesurer précisément la plus faible transition isométrique connue, émise par le Th-229m, une transition candidate pour le développement de futures horloges nucléaires. Les nouveaux détecteurs cryogéniques, permettant une très haute résolution en énergie, sont de plus en plus développés et utilisés pour ces recherches mais ils nécessitent un étalonnage en énergie extrêmement précis à partir de raies de référence. Or au-dessus de 8 keV, les incertitudes des raies X et gamma évaluées et tabulées augmentent fortement. Le but de la thèse est donc de définir une nouvelle échelle en énergie pour les photons X et gamma en dessous de 100 keV avec une incertitude relative de quelques 10^-6. Pour cela, deux dispositifs seront développés et intégreront des détecteurs cryogéniques de type calorimètre métallique magnétique (CMM). Ces détecteurs, fonctionnant autour de 20 mK, offrent des résolutions en énergie un ordre de grandeur meilleures que celles des détecteurs à semi-conducteur. Une étude approfondie de l'ensemble de la chaine de mesure devra identifier et corriger les non-linéarités et les distorsions. Par ailleurs, les CMM seront pixellisés pour accroître le taux de comptage et limiter l'incertitude statistique relative à 10^-6. Une fois caractérisés et opérationnels, les deux spectromètres cryogéniques mesureront les spectres en énergie X et gamma émis par des radionucléides judicieusement sélectionnés. Les énergies des raies métrologiquement établies seront alors des références, tant pour étalonner les spectromètres utilisés en physique fondamentale que ceux utilisés pour l'analyse de matériaux. Par ailleurs, ces énergies seront un point de référence pour valider les calculs théoriques complexes de transitions radiatives.

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Hub de puissance à haut rendement pour la transition énergétique

Département Systèmes (LETI)

Laboratoire Electronique Energie et Puissance

Ecole d'ingénieur électronique de puissance, automatique, mathématiques appliquées

01-10-2021

SL-DRT-21-0609

sebastien.carcouet@cea.fr

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

Ce sujet de thèse adresse les développements scientifiques nécessaires pour concevoir un hub énergétique domestique permettant en un seul équipement d'électronique de puissance, de gérer l'ensemble des flux énergétique d'une habitation voir d'un petit collectif : production photovoltaïque (?), stockage y compris via son véhicule électrique (V2G), échange avec le réseau (smart grid), etc. Des travaux sur des topologies avancées de convertisseur haute fréquence à très fort rendement ont déjà fait l'objet de travaux au CEA mettant en ?uvre des composants GaN notamment. Le CEA propose donc d'aller plus loin étudiant la possibilité de couplage de sources d'énergie ou récepteurs divers par un seul et même convertisseur. La conception du convertisseur sera réalisée avec une approche de type « model based design ». Cette approche repose sur des outils de simulation et de test permettant un développement système efficace. La finalité de l'étude sera l'implémentation des lois de commande sur un prototype développé au laboratoire.

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Mélanger l'intuition au raisonnement - L'apprentissage profond amélioré avec la logique algorithmique et l'abstraction

Département Ingénierie Logiciels et Systèmes (LIST)

Labo.conception des systèmes embarqués et autonomes

Master Informatique, spécialisation / initialisation en IA ou Data Engineering recommandée mais pas obligatoire

01-03-2021

SL-DRT-21-0617

shuai.li@cea.fr

Data intelligence dont Intelligence Artificielle (.pdf)

Dans la discipline de l'apprentissage par machine, l'apprentissage profond, basé sur les réseaux de neurones, est une sous-discipline qui a pris de l'importance grâce à de nombreux succès significatifs. Contrairement au raisonnement machine classique, la méthode statistique par laquelle un réseau de neurones résout un problème peut être vue comme une forme primitive d'intuition. Cependant, actuellement le seul succès réel de l'apprentissage profond est sa capacité auto-configurer sa logique géométrique qui lui permet de transformer des données représentées par des points dans une dimension n, en des données représentées par d'autres points dans une dimension m, si on fournit suffisamment de données d'entraînement. Contrairement à un être humain, un réseau de neurones n'a pas la capacité de raisonner à travers la logique algorithmique. De plus, même si les réseaux de neurones sont extrêmement puissants pour une tâche donnée, puisqu'ils n'ont pas la capacité de généralisation globale, toute déviation dans les données d'entrée entraînerait des résultats surprenants, ce qui limite leur réutilisabilité. Avec le coût de développement important des réseaux de neurones, on comprend dès lors que leur intégration n'est pas toujours économiquement viable. C'est pourquoi il est nécessaire de les abstraire, encapsuler, réutiliser, et composer. Même s'ils sont absents de l'apprentissage profond, la logique algorithmique et l'abstraction sont aujourd'hui innées à l'ingénierie logicielle classique, à travers des primitives de programmation, des paradigmes d'architecture logicielle, et des patrons méthodologiques matures comme l'Ingénierie Dirigée par les Modèles. C'est pourquoi, dans cette thèse, nous proposons de mélanger l'intelligence algorithmique réutilisable, offrant la capacité de raisonner, avec l'intelligence géométrique réutilisable, offrant la capacité à l'intuition. Pour atteindre cet objectif, nous pouvons explorer des idées comme l'intégration de primitives de contrôle dans les réseaux de neurones, l'application de paradigme d'architecture logicielle dans les modèles de réseau, et l'assemblage de systèmes modulaires utilisant des librairies contenant des modules algorithmiques et géométriques. Les résultats de cette thèse sont une étape dans le but global d'aider les entreprises à assembler des systèmes d'IA pour leurs problèmes spécifiques, en limitant le coût d'expertise, effort, temps, et données associé à l'intégration de réseaux de neurones.

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Architecture et conception d'une boucle de rétroaction à température ambiante entre les chaînes de mesure et de contrôle de Qubits semi-conducteurs à température cryogénique

Département Systèmes et Circuits Intégrés Numériques

Laboratoire Systèmes-sur-puce et Technologies Avancées

Master informatique/Diplôme d'ingénieur

01-09-2021

SL-DRT-21-0620

eric.guthmuller@cea.fr

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

La conception d'un calculateur quantique capable d'exécuter des programmes complexes sur plusieurs centaines de Qubits nécessite de résoudre le problème des erreurs introduites par les opérations sur les Qubits et la décohérence des Qubits. Le moyen pressenti pour compenser ces erreurs est d'utiliser des codes correcteurs d'erreurs, un exemple en est le « surface code ». Le dénominateur commun à ces codes correcteurs est la nécessité de lire très régulièrement une partie des Qubits et d'appliquer des opérations destinées à corriger les erreurs en fonction du résultat de cette lecture. Il est primordial de réduire au maximum le temps entre la mesure et l'application de la correction, car pendant cette intervalle de temps les erreurs continue à s'accumuler. L'objectif premier de cette thèse consiste à proposer une architecture numérique innovante à très faible latence (inférieure à 1µs) permettant de corriger des erreurs sur un dispositif réel de Qubits à base de Qubits de spin défini dans des nanostructures semiconductrices. Le second objectif est de concevoir cette architecture sur une carte FPGA déjà mise en ?uvre sur des expériences de contrôle et de mesure de Qubits. Enfin, une expérimentation sera menée sur des dispositifs existants à plusieurs Qubits qui seront accessibles par l'étudiant.e.

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Partage sécurisé d'information dans le contexte des passeports matériaux et produits pour l'économie circulaire.

Département Systèmes et Circuits Intégrés Numériques

Laboratoire Intelligence Intégrée Multi-capteurs

Technologies de l'information

01-10-2021

SL-DRT-21-0622

carolynn.bernier@cea.fr

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

L'économie circulaire suppose une réaffectation continue des matériaux et composants dans des boucles d'usage incluant les phases d'extraction de matières, de production de composants et de produits finis, de réemploi, réaffectation, réparation et recyclage. Par ailleurs, le contexte politique tend vers un élargissement de la responsabilité des producteurs (REP) associé à un besoin accru de garantir l'origine des matériaux (ex : matériaux dits « de conflit »). Le passeport numérique d'un matériau ou produit contient des informations sur ses éléments constituants et leurs origines mais potentiellement aussi les informations nécessaires à l'évaluation de l'impact environnemental lié à sa fabrication, son usage et sa transformation. Or, bon nombre de ces informations sont sensibles et leur partage entre différents acteurs pose d'évidents problèmes de confiance. L'objectif de cette thèse est l'analyse des besoins et la modélisation des différentes solutions de couplages de protocoles de partage de données (International Data Space (IDS), blockchain et de méthodes de gestion de « privacy » par conception ou d'accès crypté (Data Minimization, FHE ? Fully Homomorphic Encryption) et l'évaluation des impact environnementaux des différentes solutions. Les technologies dites de registres distribués (DLT ? Distributed Ledger Technology) dont les blockchains offrent un mécanisme d'enregistrement de données de confiance sans intermédiation. Ce sont des systèmes décentralisés redondants, et résilients qui garantissent l'intégrité des données. Par construction, ils offrent des propriétés de sécurité et « privacy » (données peuvent être cryptées). De nombreux travaux ont exploité et enrichi l'offre autour des blockchains au-delà du système le plus connu de crypto-monnaies bitcoin, notamment pour des applications de traçabilité. Pour une exploitation dans le domaine du partage de données industrielles en confiance, et à grande échelle, la question se pose de disposer de blockchain dites légères qui permettent de réduire l'impact écologique de la mise en oeuvre notamment du mécanisme de consensus qui permet de décider de la validation d'un bloc et de son enregistrement dans la blockchain de façon répartie. Le laboratoire LICIA travaille sur ces problématiques et s'intéresse aux protocoles moins énergivore que celui de la Preuve de travail (Proof of Work ?PoW) utilisée dans bitcoin. Le chiffrement complètement homomorphe (FHE) fait partie des techniques de cryptographie à preuve de sécurité relativement récents permettant de réaliser des calculs directement sur des données chiffrées. Dans le contexte du passeport numérique, le chiffrement homomorphe peut apporter une solution de chiffrement de bout-en-bout assurant la confidentialité et permettant le respect de la législation actuelle (par exemple RGPD) sur la protection des données. Le CEA LIST dispose aujourd'hui de plusieurs schémas homomorphe (par exemple, BFV, CKKS, TFHE - chacun avec ses avantages et inconvénients), compilateurs et environnements d'exécution pour des applications sur les données chiffrées (en particulier Cingulata, un outil CEA LIST en open-source (https://github.com/CEA-LIST/Cingulata) ainsi que d'une panoplie de techniques pour l'optimisation et l'accélération de calculs en homomorphe (transchiffrement, packing, accélération matérielle, etc.). Le passeport numérique est un cas d'usage permettant d'étudier l'insertion du FHE au sein de solutions de sécurité réelles. Compte tenu des besoins très importants en termes de ressources de calcul et de mémoire de ce type de chiffrement, la question de l'impact environnemental (lié aux besoins de stockage, de calcul et de bande passante) de l'application du chiffrement homomorphe doit être étudiée, notamment dans le cadre d'un déploiement à grande échelle. L'objectif de la thèse n'est pas de développer de nouveaux protocoles mais de comprendre les exigences imposées par le passeport numérique sur ces différentes briques technologiques. Grâce à des modèles, nous étudierons les différentes possibilités de combinaison des technologies entre elles, tout en tenant compte de l'impact environnemental relatif des différentes options. L'évaluation des impacts environnementaux des différentes solutions regardées s'appuiera sur les résultats d'études ACV des différents composants des systèmes d'information (datacenter, réseau, terminaux, etc.) qui sont disponibles dans l'état de l'art et qui seront couplés à des simulateurs de protocoles (pour le FHE et la blockchain) développés au LIST. Ceci permettra d'élaborer une méthodologie d'éco-innovation pour la recherche d'une solution optimale à la fois sur les plans techniques et environnementaux. Les candidatures doivent être envoyées à oana.stan@cea.fr et sara.tucci@cea.fr

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Etude de l'EBIC et la cathodoluminescence appliquée aux photodiodes petit gap pour la détection IR refroide

Département d'Optronique (LETI)

Laboratoire d'Imagerie IR

Physique, Ingénieur Généraliste

01-10-2021

SL-DRT-21-0626

pierre.bleuet@cea.fr

Photonique, imageurs et écrans (.pdf)

Le CEA LETI développe depuis plus de 40 ans des détecteurs IR utilisant des matériaux semi-conducteur petit-gap. Ces travaux ont même donné naissance à la société Sofradir puis Lynred, acteur de premier ordre dans l'imagerie IR. Dans le cadre de la collaboration entre LETI et Lynred, de nouveaux besoins de caractérisation apparaissent, à la fois pour la compréhension fine du fonctionnement de la photodiode lors de la réduction du pas pixel, mais aussi au niveau de la compréhension de l'effet des défauts métallurgique et technologiques sur la performance des photodiodes IR. Nous proposons ici d'étudier le comportement des diodes petit-gap IR refroidies lorsqu'elles sont excitées par le pinceau électronique au sein d'un microscope électronique (MEB). Une cartographie du courant induit (EBIC) donne une information sur le transport de charges dans le petit gap, alors qu'une cartographie de la luminescence induite (cathodo-luminescence) apporte une information complémentaire sur la dynamique de recombinaison radiative des porteurs injectés, notamment en présence de défauts métallurgiques. La manip EBIC est aujourd'hui fonctionnelle à température cryogénique dans notre équipement. La manip Cathodo IR est à mettre au point pour compléter l'image EBIC et donner une représentation complémentaire de la physique à l'?uvre dans la photodiode IR. Outre la mise au point de la cathodo, le travail de thèse pourra s'attacher à investiguer différentes structures de détection IR orientées petits pas et haute température de fonctionnement, en s'appuyant sur la corrélation entre EBIC, cathodo IR mais aussi les caractérisations electro-optique classique de la photodiode IR.

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Prise en compte de l'impact environnemental durant la conception des systèmes numériques

Département Systèmes et Circuits Intégrés Numériques

Laboratoire Systèmes-sur-puce et Technologies Avancées

01-09-2021

SL-DRT-21-0630

adrian.evans@cea.fr

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

Aujourd'hui, les émissions de gaz à effet de serre produites par le numérique sont comparables à celles du secteur de l'aviation et malheureusement elles suivent une croissance exponentielle. Cette thèse vise de réaliser une analyse de l'impact environnemental associées aux phases de conception et utilisation des gros circuits intégrés numériques. Suite à cette analyse, l'objectif est de fournir des nouveaux outils aux concepteurs, leur permettant d'estimer et ensuite réduire ces impacts. Pendant la phase de conception, une réduction des ressources de calcul est visée, mais le levier le plus important reste la baisse de l'empreinte énergétique du circuit pendant sa phase d'utilisation. Cela nécessite une analyse globale du système, y compris le coût des tâches délocalisées sur le cloud. En tant que leader sur la conception de système numérique intelligents, le département de conception vise via cette thèse à développer un de flot de conception sobre qui pourra ensuite être transféré vers l'industrie. Le travail de thèse s'appuiera sur la plateforme de conception de circuit et système numérique du département, avec comme exemples la conception de système de calcul haute performance, et avec la définition et l'amélioration de techniques d'optimisations.

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Des hydrogels innovants pour des approches de « mini-cerveaux sur puce » afin d'étudier la maladie d'Alzheimer

Département Microtechnologies pour la Biologie et la Santé (LETI)

Laboratoire Chimie, Capteurs et Biomatériaux

Chimie des biopolymères et culture cellulaire

01-10-2021

SL-DRT-21-0633

isabelle.texier-nogues@cea.fr

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

Les approches organes-sur-puce permettent de surmonter les limites des cultures cellulaires classiques bidimensionnelles (2D) et des modèles animaux de maladies neurodégénératives. DRF / JACOB / SEPIA a développé des « mini cerveaux », c'est-à-dire des organoïdes cérébraux 3D conçus à partir d'iPSC (cellules souches pluripotentes induites), actuellement cultivés dans du Matrigel?, une matrice commerciale dérivée de tumeur de souris. L'objectif de la thèse de doctorat sera d'étudier de nouveaux biomatériaux de culture cellulaire 3D développés au DRT / LETI / DTBS, basés sur des hydrogels d'acide hyaluronique (HA) présentant une rigidité et une conductivité électrique contrôlables. Les hydrogels encapsulant les cellules seront également conçus comme bioencres pour des technologies d'impression 3D avancées, comme l'extrusion combinée à une photo-réticulation UV/visible. Le résultat attendu du doctorat est un modèle amélioré de « mini-cerveaux » pour étudier le développement des maladies neurodégénératives, et les stratégies thérapeutiques associées.

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Caractérisation multimodale de phages thérapeutiques

Département Microtechnologies pour la Biologie et la Santé (LETI)

Laboratoire Chimie, Capteurs et Biomatériaux

M2 biophysique et/ou nanosciences

01-10-2021

SL-DRT-21-0634

pierre.marcoux@cea.fr

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

La diffusion rapide et inexorable des résistances aux antibiotiques constitue l'un des défis sanitaires de la prochaine décennie. Dans ce contexte, la recherche d'alternatives thérapeutiques est un enjeu majeur de santé publique et une priorité. La phagothérapie, qui utilise des virus sans effet sur les cellules humaines, appelés phages, capables d'infecter et de détruire spécifiquement les bactéries, constitue une approche prometteuse. Utilisés depuis des décennies dans certains pays d'Europe de l'Est, l'importation de phages préparés dans ces pays est interdite en France et en Europe occidentale car ces préparations ne répondent pas aux exigences de sécurité/traçabilité/développement des autorités de santé (ANSM, EMEA. La demande croissante des infectiologues en phages lytiques répondant à ces exigences s'accompagne d'un besoin d'outils de caractérisation pour mieux qualifier ces virus à destinée thérapeutique, que ce soit au cours de leur production, leur purification, leur stockage et leur administration. La thèse étudie la caractérisation de suspensions aqueuses de phages (mesure du titre infectieux, killing assay et détermination du caractère monoclonal). Deux méthodes complémentaires seront étudiées: l'une basée sur l'imagerie sans lentilles de plages de lyse; l'autre reposant sur des microrésonateurs mécaniques.

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Synthèse de lentilles à métasurfaces pour antennes hautes performances à faible profil et transformations électromagnétiques avancées

Département Systèmes (LETI)

Laboratoire Antennes, Propagation, Couplage Inductif

M.Sc. electrical engineering, physics or applied mathematics

01-10-2021

SL-DRT-21-0638

francesco.fogliamanzillo@cea.fr

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

Les performances des architectures d'antennes classiques à formation de faisceau sont limitées par des compromis entre bande passante, efficacité, gain, angle de pointage et taille. Des concepts en rupture sont nécessaires pour répondre aux défis des nouvelles applications telles que les communications par satellite, la G et l'imagerie haute résolution. Les métasurfaces électromagnétiques ont récemment émergées comme technologie prometteuse pour la réalisation d'antennes avec des performances et fonctionnalités sans précèdent. En général, une métasurface est un réseau électriquement fin d'éléments diffusants de taille beaucoup plus petite que la longueur d'onde. Cela offre la possibilité de contrôler de façon extrêmement précise les champs d'ouverture et, en vertu du principe de Huygens, les caractéristiques des ondes réfléchies et transmises par la métasurface lorsqu'elle est illuminée par un champ incident spécifique. Cependant, le développement de ce type d'antenne souffre d'un manque de modèles et méthodes de synthèse avancés adapatés aux métasurfaces anisotropes. De plus, la bande d'antennes des dispositifs à métasurface est souvent très étroite à cause de la dispersion fréquentielle des éléments et de leur arrangement périodique. Cette thèse vise à fournir une cadre mathématique pour l'analyse et la conception de lentilles a métasurface (métalentilles), ainsi qu'à démontrer la faisabilité de systèmes d'antennes innovants à profil ultra-faible comprenant une source primaire et une métalentille réalisé avec un simple empilement de couches métalliques. La métalentille sera modélisée comme un milieu bianisotrope équivalent, présentant des réponses couplées aux champs électriques et magnétiques. Des procédures de synthèse spécifiques seront développées pour optimiser la dispersion fréquentielle d'une métalentille et son indice de réfraction en fonction de l'angle de l'onde incidente. Ces outils seront ensuite exploités pour la conception de deux démonstrateurs opérants en régime microondes: (i) une antenne plate et fort-gain atteignant un rendement d'ouverture extrêmement élevée (>70 %) et une bande passante large (>15%); (ii) un méta-radome fin permettant d'étendre le plage d'angle de dépointage d'un réseau phasé au-delà de l'état de l'art (±75°) tout en préservant une grande efficacité pour le rayonnement en direction normale. Au moins un démonstrateur sera réalisé en utilisant des procédés de fabrication bas cout, tels que les circuits imprimés et la fabrication additive, et caractérisé expérimentalement en chambre anéchoïde.

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Apprentissage des flux de données distribués dans un environnement collaboratif

Département Métrologie Instrumentation et Information (LIST)

Laboratoire Intelligence Artificielle et Apprentissage Automatique

Machine Learning, Computer Science, Applied Mathematics

01-09-2021

SL-DRT-21-0640

sandra.garciarodriguez@cea.fr

Data intelligence dont Intelligence Artificielle (.pdf)

Le sujet de thèse proposé est à la croisée de deux domaines de l'apprentissage automatique très actuels, puisqu'il s'agit de l'apprentissage fédéré et de l'apprentissage de données en flux. Les flux de données sont définis comme des flux infinis de données intégrées provenant à la fois de sources en temps réel et de sources historiques. Dans de tels scénarios, les algorithmes de traitement des flux de données doivent répondre à des exigences telles que le stockage limité, le passage unique (les données ne seront traitées qu'une seule fois), le temps réel et la dérive de concept. D'autre part, l'apprentissage fédéré est une technique qui permet de mettre en ?uvre un algorithme sur plusieurs périphériques ou serveurs décentralisés contenant des échantillons de données locales, sans les échanger.

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Analyse mémoire précise et efficace pour les languages de bas niveau

Département Ingénierie Logiciels et Systèmes (LIST)

Laboratoire pour la Sûreté du Logiciel

Master en informatique, avec une formation en méthode formelle ou sémantique des languages de programmation (compilation). La connaissance des languages fonctionnels (OCaml,Haskell,Lisp) et/ou bas-niveau (C, assembleur) est un plus.

01-10-2021

SL-DRT-21-0641

matthieu.lemerre@cea.fr

Data intelligence dont Intelligence Artificielle (.pdf)

Le but de la thèse est de développer une analyse statique automatique (basée sur l'interprétation abstraite) permettant de vérifier, dans des grosses bases de code dans des langages bas-niveau compilés (de type C, C++, assembleur, Rust), des propriétés de sécurité liées à la mémoire, telle que des propriétés de flot d'information et l'absence de corruption de mémoire. Cette problématique est très importante pour la cybersécurité, car la plupart des erreurs de sécurité liées au logiciel, et celles dont la sévérité est la plus importante, proviennent d'erreurs de sûreté mémoire (buffer overflows, use-after-free, déréferencement de pointeur null, mauvaises conversions de pointeurs, mauvaise interface entre plusieurs langages, etc.). Les trois grands problèmes lorsqu'on conçoit une telle analyse statique automatique est de demander un faible effort de vérification de la part de l'utilisateur, de gérer des systèmes larges et complexes, et d'être assez précis pour que l'analyse ne rapporte pas un grand nombre de fausses alarmes. L'approche privilégiée pour cette thèse se reposera sur une nouvelle analyse statique utilisant des domaines abstraits paramétrés par des invariants de types, qui se trouve être à une juste équilibre entre précision (par rapport à des analyses de pointeur), efficacité (par rapport à des analyses de shape), et effort à fournir (par rapport à des méthodes de vérification déductives). Cette méthode a déjà permis de prouver automatiquement l'absence d'escalade de privilège et de corruption mémoire dans un micronoyau industriel existant à partir de son code machine, en utilisant seulement 58 lignes d'annotations. De nombreuses questions de recherches restent en suspend, et on explorera ainsi comment on peut faire une analyse compositionelle basée sur ce domaine pour en améliorer le passage à l'échelle, comment on peut en améliorer l'expressivité pour montrer des propriétés de sécurité complexe comme la non-interférence, comment on peut en améliorer la précision sans dégrader l'efficacité, ou comment réduire encore plue le nombre d'annotations (en inférant automatiquement des invariants de types).

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Prédiction de trajectoire pour la navigation autonome

Département Systèmes et Circuits Intégrés Numériques

Laboratoire Intelligence Intégrée Multi-capteurs

master ou diplôme d'ingénieur en informatique ou traitement du signal

01-09-2021

SL-DRT-21-0644

tiana.rakotovao@cea.fr

Systèmes cyberphysiques - capteurs et actionneurs (.pdf)

Avec l'intérêt croissant pour les véhicules autonomes (AV), les systèmes de perception jouent un rôle central dans leur navigation, avec des développements actifs des communautés recherche et industrie automobile. Les systèmes de perception fournissent aux AVs des informations sur la situation de conduite. En pratique, des algorithmes avancés modélisent l'environnement du véhicule à l'aide d'une carte en traitant les données passées et présentes provenant de capteurs embarqués, par exemple des caméras, des LiDARs, des radars et des ultrasons. L'évolution future de l'environnement de conduite est prédite afin de planifier une trajectoire sûre, éviter des collisions et prendre des décisions quant à la navigation. Le CEA a mis au point une technologie embarquée de fusion de données exploitant le paradigme des grilles d'occupation qui modélisent l'environnement du véhicule. Cette grille fournit une estimation probabiliste des régions occupées et des régions libres. L'estimation du mouvement des obstacles est également en cours de développement. Cependant, l'estimation des trajectoires futures probables des obstacles en mouvement est indispensable pour prendre des décisions quant à la navigation. L'objectif de la thèse de doctorat est de développer un algorithme embarqué de prédiction des trajectoires pour la navigation autonome. La prédiction de trajectoire est un problème spatio-temporel (4D) où l'incertitude est essentielle pour évaluer les évolutions probables à court terme d'un scénario de conduite. La diversité des obstacles en mouvement rend la prédiction de trajectoire très difficile lorsqu'elle est intégrée à des plateformes informatiques légères. En effet, une voiture en mouvement n'a pas le même degré de liberté qu'un piéton. Les modèles de prédiction peuvent prendre en compte la nature des obstacles en mouvement si cette information est disponible (par exemple, fournie par une intelligence artificielle). Dans le cas contraire, les modèles de prédiction doivent s'adapter en fonction des données disponibles. Au cours de la thèse, le doctorant se concentrera d'abord sur la modélisation probabiliste du mouvement et de la trajectoire. Ensuite, il proposera une solution algorithmique peu complexe pouvant être exécutée en temps réel sur une plateforme informatique embarquée, le doctorant étant hébergé dans une équipe dont l'expertise porte sur le développement de solutions de perception avancées et légères pouvant être intégrées dans des systèmes embarqués. Le doctorant collaborera avec des chercheurs, des ingénieurs et d'autres doctorants issus de divers domaines scientifiques. Le candidat doit avoir une solide formation mathématique en probabilités/statistiques, informatique et prototypage de logiciels (matlab/python, C++). Des connaissances et des compétences en intelligence artificielle et en fusion de données sont des atouts majeurs.

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Tri dynamique de maillages par des heuristiques prenant en compte les caches pour le calcul scientifique

Département Systèmes et Circuits Intégrés Numériques

Laboratoire pour la Confiance des sYstèmes de calcuL

M2 Mathematiques appliquées / HPC

01-10-2021

SL-DRT-21-0653

thierry.goubier@cea.fr

Simulation numérique (.pdf)

Pour le calcul scientifique à haute performance, dans le contexte des codes de simulation sur des maillages non structurés, deux éléments apparaissent : le parcours du maillage sur un processeur standard semble aléatoire à ce dernier, et l'irrégularité de la structure simulée rend l'utilisation d'accélérateurs délicate. Hors ces maillages non structurés représentent un moyen de simuler des phénomènes multi-échelles, remplaçant des structures de maillages réguliers à plusieurs niveaux en une seule structure, par exemple dans la simulation de tsunami, résultant en une structure plus compacte et réduisant la quantité de calcul. De plus, dans un certain nombre de contextes, le maillage évolue dans le temps, ce qui rend problématique le partitionnement a priori du maillage pour le distribuer sur un grand nombre d'unités de calcul avec leurs caches associés. Cette thèse s'intéresse donc à la problématique de développer des heuristiques de parcours de maillages non structurés de manière à permettre des réordonnancements à la volée, prenant en compte les caches, en particulier lors du transfert de tâches de calcul sur des accélérateurs, et avec pour objectif le démarrage du calcul avant que le transfert du maillage soit terminé. Elle s'appuiera sur les résultats déjà connus en matière de partitionnement de maillages non-structurés avec des outils comme SCOTCH et Metis, sur une modélisation de la hiérarchie mémoire des unités de calcul et de leurs capacités de transfert (accélérateurs), et aussi les travaux sur les courbes de remplissage de l'espace (Hilbert-Peano, Sierpinski), et s'intéressera aux codes TsunAWI et FESOM (Finite Element/volume Sea-Ocean Model) de AWI et à OpenFOAM.

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Bioréacteur microfluidique pour l'analyse in-situ de vésicules extracellulaires sécrétées par des organoïdes

Département Microtechnologies pour la Biologie et la Santé (LETI)

Laboratoire Chimie, Capteurs et Biomatériaux

Diplôme Ingénieur généraliste, ou équivalent Master avec une spécialité en instrumentation, biologie, microfluidique, microtechnologies

01-10-2021

SL-DRT-21-0654

vincent.agache@cea.fr

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

Les vésicules extracellulaires (VE) sont aujourd'hui reconnues comme des vecteurs de matériel biologique capables de transférer ce contenu entre cellules et de contribuer aux mécanismes de communication intercellulaire qui conduisent par exemple à la prolifération de tumeurs dans le cadre du cancer. En revanche, la plupart des études mises en ?uvre aujourd'hui sont conduites sur des échantillons de populations cellulaires présentant des hétérogénéités qui introduisent des biais dans les analyses. De plus, les sources d'EVs sont issues très généralement de culture cellulaire bidimensionnelle faiblement représentative du microenvironnement de la matrice extracellulaire in vivo dans les tissus ou les organes. A l'inverse, les organoïdes dérivés des patients ont déjà prouvé qu'ils récapitulaient fidèlement de nombreux traits de la maladie des patients, y compris l'hétérogénéité génétique et la réponse au traitement. Dans ce sujet de thèse on propose le développement d'un système permettant l'isolement d'un ou plusieurs organoides dans un bioréacteur microfluidique, combiné à des moyens de collecte, concentration, et capteurs nanomécaniques pour permettre l'analyse in-situ du taux de sécrétion des VEs et recueillir leur signature biophysique, avec en perspective de nouvelles approches thérapeutiques basées sur le suivi de cinétique de sécrétion des VE sur organoides dérivés de patients

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Extraction sémantique temps-réel sur données éparses pour la perception embarquée

Département Systèmes et Circuits Intégrés Numériques

Laboratoire Intelligence Artificielle Embarquée

Master 2 (Bac +5)

01-10-2021

SL-DRT-21-0656

mehdi.darouich@cea.fr

Data intelligence dont Intelligence Artificielle (.pdf)

Le sujet de thèse que nous proposons se situe dans le domaine des architectures embarquées pour l'analyse sémantique de données éparses en temps-réel. Durant cette dernière décennie, l'analyse de flux d'images et de données a connu un boom suite à l'amélioration significative des réseaux de neurones et la spécialisation toujours plus forte des architectures de calcul numériques associées. La recherche a permis le développement de réseaux plus efficace, moins gourmands en mémoire et de plus en plus intégrable dans du matériel embarqué. Plusieurs travaux sont en cours actuellement au laboratoire, autour de l'outil N2D2 pour l'optimisation et l'intégration sur matériel embarqué de réseaux de neurones, ainsi qu'autour de l'architecture matérielle embarquée DNeuro. Au sein des systèmes de perception embarqués, les fortes contraintes sur la bande passante et la mémoire entraine l'utilisation privilégiée de données de type éparse (graphes, nuages de points, etc), réduites en quantité de données et contenant des informations particulièrement riches sur l'environnement à analyser. Cependant, la structure non-contiguë et non-prédictible de ces données éparses est très différente d'un flux d'image traditionnel, rendant les architectures matérielles actuelles peu adaptées à leur exécution. Ces caractéristiques particulières laissent cependant présager des opportunités très intéressantes en terme d'optimisation et d'efficacité. Ces travaux de thèse visent à explorer cette classe d'algorithmes et leur capacité d'intégration sous contraintes dans une architecture de calcul embarquée. Les problèmes scientifiques qui se posent ici sont comment effectuer la gestion efficace des données dans un contexte de répartition calculatoire fortement éparse, la compatibilité des algorithmes d'analyse sur donnée éparse avec l'exécution sur cible embarquée et les performances et la précision atteignables sous ces contraintes.

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Contribution des méthodes d'apprentissage et de modélisation probabilistes des incertitudes à l'optimisation du dimensionnement et du pilotage des réseaux d'énergie multi-vecteur

Département Thermique Conversion et Hydrogène (LITEN)

Laboratoire des systèmes énergétiques pour les territoires

Mathématiques, Analyse numérique, Simulation

01-09-2021

SL-DRT-21-0664

mathieu.vallee@cea.fr

Réseaux énergétiques intelligents (.pdf)

La prise en compte des incertitudes est essentielle pour la mise en ?uvre du pilotage optimal de système énergétiques, ainsi que de méthodes de dimensionnement tenant compte de ce pilotage optimal. Des méthodes existent pour réduire les incertitudes et leurs effets. Un prérequis pour la plupart de ces méthodes est de disposer de modèles d'optimisation permettant un calcul suffisamment rapide pour autoriser l'utilisation d'algorithmes d'estimation probabiliste de type Monte-Carlo. Cependant, le choix de ces modèles introduit lui-même de nouvelles incertitudes, portant sur la précision du modèle par rapport au système réel considéré. Ces incertitudes sont difficilement quantifiables, et peuvent être préjudiciables si elles dépassent les autres sources incertitudes. Dans ce travail de thèse, on propose d'élaborer, sur la base des travaux précédents au laboratoire, une méthode de simplification des modèles d'optimisation, utilisable pour le traitement des incertitudes et adapté au pilotage et au dimensionnement des systèmes et réseaux d'énergie. Le point particulièrement novateur de la méthode proposée portera la caractérisation des incertitudes sur les modèles et leur comparaison avec les autres sources d'incertitudes, à l'aide de méthodes innovantes issues des réseaux neuronaux bayésiens et de l'apprentissage profond (Deep Learning)

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Simulation ab inito pour la spectroscopie des rayons X

Département Composants Silicium (LETI)

Laboratoire de Simulation et Modélisation

Master's degree in microelectronics, solid-state physics, or related discipline.

01-10-2020

SL-DRT-21-0665

jing.li@cea.fr

Nano-caractérisation avancée (.pdf)

Le contexte: La spectroscopie de photoémission (PES) est la technique expérimentale la plus puissante pour accéder directement à la structure électronique de la matière. La spectrométrie photoélectronique X (XPS) est une technique couramment utilisée pour caractériser la composition chimique des matériaux en détectant les niveaux d'énergie des électrons de c?ur. Des mesures XPS récentes réalisées au CEA-Leti sur des alliages dopés montrent que les niveaux de c?ur sont systématiquement décalés avec la concentration de dopants et les rapports de concentrations des alliages. Cette observation suggère que les mesures XPS peuvent donner plus d'informations sur la structure atomique locale outre la composition chimique. Les spectres XPS peuvent être simulés directement par des méthodes ab initio, ce qui permet de corréler les décalages au niveau du c?ur et la structure locale. Objectifs et tâches: Cette thèse de doctorat est consacrée à l'exploration de l'origine physique du décalage des niveaux d'énergie des électrons de c?ur en utilisant des méthodes ab initio avec différents niveaux de théorie, telles que la théorie de la fonctionnelle de la densité (DFT), les théories de perturbation à N-corps (GW) et les approches de chimie quantique (cluster-couplé, configuration-interaction, etc.). Le deuxième objectif est de développer une méthode efficace et fiable pour simuler les spectres XPS, pour interagir avec des expérimentateurs en interne au CEA-Leti. · Effectuer des calculs ab initio. · Etudier et identifier l'origine physique du décalage des niveaux d'énergie des électrons de c?ur. · Proposer et développer une méthode efficace pour simuler les spectres XPS. · Appliquer la méthode développée aux problèmes, systèmes et expériences menés au CEA-Leti dans le cadre d'une collaboration avec des expérimentateurs.

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Modèle cristallin de diffusion anisotrope des Terres rares lourdes dans les aimants permanents NdFeB

Département des Technologies des NanoMatériaux (LITEN)

Laboratoire des Matériaux et Composants Magnétiques

Ingénieur ou Master 2 Sciences des Matériaux, Physique

01-10-2021

SL-DRT-21-0673

cyril.rado@cea.fr

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

Les aimants permanents néodyme-fer-bore (Nd-Fe-B) sont aujourd'hui les plus performants. Ils représentent un enjeu stratégique pour le développement de moteurs et de générateurs plus efficaces (véhicules hybrides, éoliennes). Le problème majeur réside dans la disponibilité d'aimants permanents stables en température dans un contexte de limitation des ressources en Terres Rares Lourdes (Dy, Tb). Ce sont en effet ces TRL auxquelles ont recours aujourd'hui les fabricants pour garantir la coercitivité des aimants, c'est-à-dire leur capacité à maintenir leur aimantation initiale dans le champ démagnétisant imposé par l'application. L'accroissement de la demande en aimants NdFeB nécessite de réduire fortement la teneur en TR lourdes tout en conservant la coercitivité élevée de ces aimants. Le développement des nouveaux aimants doit donc viser à localiser ces éléments en périphérie des grains de la phase magnétique, là où il est nécessaire de renforcer la tenue à la désaimantation. Le but de la thèse est donc de maitriser la diffusion des terres rares lourdes en périphérie de la phase magnétique. Le travail de doctorat associera une approche expérimentale poussée (élaboration de monocristaux, caractérisations des profils de diffusion, fabrication d'aimants) à une modélisation des cinétiques de diffusion, pour comprendre et définir les conditions optimales de localisation en périphérie des grains de la phase magnétique.

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Apprentissage profond pour la reconstruction d'images en tomographie électronique multi-modale et multi-résolution

Département des Plateformes Technologiques (LETI)

Laboratoire Microscopie Mesures et Défectivité

M2 en traitement d'images

01-09-2021

SL-DRT-21-0674

zineb.saghi@cea.fr

Nano-caractérisation avancée (.pdf)

Les avancées récentes en instrumentation et en méthodologie de résolution de problèmes inverses ont permis à la tomographie électronique de devenir un outil de caractérisation 3D capable de répondre aux défis actuels de miniaturisation des dispositifs microélectroniques. Avec des spectromètres ultra-rapides de perte d'énergie des électrons (EELS) et des systèmes multi-détecteurs en spectroscopie de rayons X à dispersion d'énergie (EDX), il est aujourd'hui possible d'acquérir plusieurs signaux simultanément pour reconstruire en 3D la structure et la morphologie d'un objet avec une résolution sub-nanométrique, ainsi que sa composition chimique avec une résolution de quelques nanomètres. Dans le cadre d'un projet transverse de compétences, nous avons mis en place des approches parcimonieuses pour la reconstruction tomographique EELS/EDX à partir d'un nombre très limité de projections. La qualité et la résolution des reconstructions chimiques ont ainsi été améliorées, mais les volumes ont été reconstruits séparément. L'objectif de ce sujet est de développer une méthodologie basée sur l'apprentissage profond permettant de tirer profit de l'aspect multi-modal et multi-résolution de la tomographie électronique. Cette approche permettrait: 1) Un gain en temps d'exécution et rapport signal/bruit, 2) Une reconstruction simultanée des volumes issus de tous les signaux, 3) Une amélioration de la résolution des volumes chimiques par la prise en compte de l'information morphologique.

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Detection rapide de l'antibioresistance des bactéries en imagerie infrarouge

Département d'Optronique (LETI)

Laboratoire des Capteurs Optiques

M2 biophysique, optique

01-10-2021

SL-DRT-21-0678

mathieu.dupoy@cea.fr

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

Dans un contexte où les demandes d'outils d'analyse 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 fournir une information spectrale résolue spatialement. L'information donnée est basée sur l'absorption de la lumière infrarouge incidente. L'objectif de la thèse est d'explorer les potentialités combinées de l'imagerie infrarouge multispectrale et du marquage métabolique isotopique pour déceler rapidement une antibiorésistance chez des bactéries. La thèse visera à déterminer le protocole de culture des microorganismes combinant le marqueur isotopique et les contraintes du rayonnement infrarouge, à réaliser les images sur différentes espèces bactériennes, de mettre en ?uvre les algorithmes de traitement de données afin d'évaluer la pertinence de cette approche.

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Etude expérimentale et numérique d'un stockage thermique par matériau à changement de phase avec deux circuits caloporteurs

Département Thermique Conversion et Hydrogène (LITEN)

Laboratoire des composants et systèmes thermiques

énergétique

01-10-2021

SL-DRT-21-0684

jerome.pouvreau@cea.fr

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

Le stockage thermique est un composant technologique clé pour décorréler la production de chaleur de son utilisation. Pour la vapeur, la technologie de stockage avec matériau à changement de phase (MCP) est particulièrement pertinente pour de nombreuses applications et bénéficient d'importants travaux de recherche. Toutefois, pour rendre effective la transition énergétique bas carbone, deux nouveaux besoins émergent, notamment pour la production d'hydrogène par électrolyse à haute température (EHT) et pour les « batteries de Carnot » : utiliser deux fluides différents pour l'apport d'énergie et sa restitution ; charger et de décharger simultanément le stockage. Les enjeux scientifiques de la thèse sont d'étudier expérimentalement un stockage MCP à deux fluides caloporteurs de taille laboratoire. Les essais visent à comprendre et déterminer le comportement dynamique et thermique de ce type de stockage, rendu nettement plus complexe par la présence des deux circuits caloporteurs. De plus, le pilotage d'un tel stockage devra être repensé par rapport aux stratégies de pilotage de stockage MCP à un seul caloporteur. Un volet modélisation viendra compléter le volet expérimental. Il s'agira de définir un premier niveau de modélisation macroscopique du stockage, en s'appuyant sur les résultats expérimentaux.

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De l'intérêt des jeux pour une ingénierie collective performante

Département Ingénierie Logiciels et Systèmes (LIST)

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

Master en informatique, en IA.

01-09-2021

SL-DRT-21-0692

sara.tucci@cea.fr

Data intelligence dont Intelligence Artificielle (.pdf)

Les technologies, et en particulier les technologies numériques, font partie de l'éventail de solutions proposées pour relever les nombreux défis sociétaux et environnementaux, tels que les 17 objectifs de développement durable énumérés par les Nations unies. Face à la complexité des systèmes à mettre en ?uvre pour cela, l'intelligence collective est une clé majeure de succès. Multidisciplinaires et holistiques, les pratiques d'ingénierie des systèmes telles que formalisées par INCOSE et plus particulièrement dans leur version basée sur l'ingénierie des modèles, sont similaires aux pratiques de l'intelligence collective, et donc sa performance repose sur la capacité du groupe à communiquer et donc sur les outils de travail collaboratif partagés par l'équipe. Cependant, les utilisateurs considèrent souvent les outils comme complexes et la "mauvaise" utilisation qui en résulte devient une entrave à la performance du collectif au lieu d'être un stimulant. Cette thèse vise à explorer les domaines des jeux sérieux et de la théorie des jeux afin d'inverser cette tendance et de faire des outils logiciels des alliés du développement plutôt que des ennemis à combattre.

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Optimisation optique du module de réception d'un système d'imagerie hétérodyne 3D

Département d'Optronique (LETI)

Laboratoire Architecture Systèmes Photoniques

sup-optique

01-09-2021

SL-DRT-21-0697

laurent.frey@cea.fr

Photonique, imageurs et écrans (.pdf)

La capture de l'information de distance d'une scène devient un atout majeur pour certaines applications nouvelles. Un exemple typique étant la reconnaissance faciale par un téléphone portable. Différentes techniques existent déjà avec plus ou moins d'avantages et d'inconvénients. Au sein du LETI/DOPT nous nous intéressons à plusieurs techniques et notamment celle basé sur la modulation de fréquence optique (FMCW). La thèse proposée s'articule autour de l'optimisation du module de réception d'un prototype miniaturisé d'imagerie 3D FMCW. Le travail se décomposera sur 3 composants optiques à définir/simuler et optimiser pour améliorer le système final. Le candidat devrait avoir des connaissances approfondies en optique/simulation/instrumentation et interférométrie par laser.

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Construction de jumeaux numériques des interfaces contraintes MoS2, III-N et SiC à partir de données expérimentales

Département des Plateformes Technologiques (LETI)

Laboratoire

Physique des matériaux, physique du solide, simulation, modélisation

01-10-2021

SL-DRT-21-0699

cyril.guedj@cea.fr

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

Cette thèse transverse consiste à développer une suite d'outils de modélisation prédictifs à l'échelle atomique permettant d'analyser des interfaces dépôt / substrat en lien avec des mesures STM ou STEM. Ces outils numériques permettront de décrire le comportement des atomes aux interfaces afin de répondre aux besoins applicatifs. Pour ce faire, une approche mêlant la vitesse des champs de forces adaptatifs (machine learning force fields) et la précision des calculs ab initio (par DFT) sera mise en place. Il est nécessaire d'utiliser plusieurs niveaux de description en fonction de la physique que l'on souhaite reproduire : des méthodes ab initio pour les effets électroniques à l'interface et des potentiels empiriques pour décrire l'élasticité à longue portée. Leur couplage permettra une modélisation atomistique rapide ou plus poussée de systèmes réels. Deux types de croissances sont envisagées pour développer la méthodologie qui se veut générale : une croissance directe sur MoS2 ou « à distance » (remote epitaxy) sur SiC. L'utilisation d'une nouvelle méthode brevetée d'extraction des positions atomiques à partir de résultats expérimentaux permet d'atteindre des résolutions spatiales améliorées par rapport à l'état de l'art, et constitue un atout majeur dans la vérification et la validation expérimentale du couplage entre DFT et potentiels. Au final, les jumeaux numériques des matériaux et interfaces devront être suffisamment prédictifs pour permettre la mise en oeuvre d'expérimentations numériques réalistes, précises et rapides pour optimiser la technologie avec la plus grande confiance.

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Etude des mécanismes de transfert de structures 3D pour application optoéléctroniques

Département des Plateformes Technologiques (LETI)

Laboratoire Gravure

01-10-2021

SL-DRT-21-0702

aurelien.tavernier@cea.fr

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

Pour des dispositifs opto-électroniques tels que les CMOS Image Sensors (CIS, ou Imagers), la réalisation de structures 3D micrométriques que sont les microlentilles est une étape très importante. Ces formes 3D sont en effet des éléments optiquement fonctionnels clés pour l'efficacité future du dispositif. Via des étapes successives de photolithographie, fluage (ou non) de la résine et gravure par plasma, il est actuellement possible de réaliser des millions de microlentilles convexes par-dessus des matrices de pixels. Une méthode alternative de lithographie optique, la lithographie par niveaux de gris (dite Grayscale), permet plus largement de réaliser toute une gamme de structure 3D différentes lors d'une même et unique étape de procédé : formes concaves, elliptiques, pyramidales, asymétriques, ... Ces structures complexes pourraient ensuite être utilisées dans de nombreux domaines applicatifs, comme la photonique et les micro-displays. Néanmoins, le matériau polymère - une résine photosensible - dans laquelle la première mise en forme 3D est effectuée peut ne pas forcément convenir pour ces différentes applications. Une étape de transfert de forme peut s'avérer indispensable. La gravure plasma apparait comme le moyen le plus adapté pour transférer de telles structures 3D. Elle donne en effet accès au contrôle fin des formes et de leurs dimensionnels lors de leur transfert dans les couches d'intérêt sous-jacentes. Actuellement, des études sur la gravure de microlentilles pour les dispositifs Imagers sont en cours au LETI en partenariat avec un grand groupe industriel. Il serait très intéressant de sortir du contexte propre aux microlentilles pour explorer le transfert de nouvelles formes dans divers couches (carbonées ou minérales) qui pourraient par la suite se retrouver dans de nouvelles applications industrielles. L'ouverture vers la création de structurations 3D permettant pour adresser des dispositifs Near-Eye Displays (NDE) pour applications de type Réalité Augmentée / Réalité Virtuelle est serait particulièrement pertinent. Jusqu'à présent, le transfert de motifs 3D obtenus en lithographie Grayscale par gravure plasma a très peu été étudié dans la littérature. La compréhension des mécanismes de gravure permettant le contrôle de la forme 3D et du dimensionnel des structures dans la couche de transfert est ainsi un élément essentiel pour le futur de la lithographie 3D standard et Grayscale.

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Mise en place d'une méthodologie et d'un jumeau numérique pour pouvoir traiter l'eco conception de R&D et la problématique de changements d'échelles.

Département des Plateformes Technologiques (LETI)

Labo Support et Interface Techno

Physique Chimie Matériaux, implémentation de méthode d'analyse numérique

01-10-2021

SL-DRT-21-0721

olivier.girard@cea.fr

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

L'analyse environnementale, menée en industrie, consiste à anticiper pour chacune des phases du cycle de vie du futur produit les impacts environnementaux qui seront générés. Il s'avère que les équipes en charge du développement de nouvelles technologies ou de nouveaux procédés ont souvent tendance à échapper à cette logique d'analyse environnementale globale. Or, certains choix effectués dans ces phases amonts de développement conditionnent fortement les impacts globaux futurs. Il va s'agir ici d'identifier une approche pour rendre plus éco-efficients les procédés liés à l'élaboration des nano-composants, ces procédés pouvant impacter fortement l'environnement. Il faudra identifier, dès les phases de prototypage, les impacts de la fabrication des nouvelles technologies envisagées et se projeter sur les impacts potentiels des futures lignes de production, afin de pouvoir déployer des actions d'éco-conception. Plusieurs actions sont à mener pour évaluer les impacts environnementaux de ces technologies/procédés émergents i) structurer et capitaliser les connaissances et compétences pour réaliser et interpréter les impacts environnementaux; ii) collecter les données d'inventaires i.e. flux d'énergie et de matière utilisés dans les unités de productions qui ne sont pas encore matures ; iii) développer des connaissances sur les transferts d'impacts; iv) créer des outils pour prendre en compte les contraintes environnementales lors du changement d'échelle. En d'autres mots, à partir d'une ACV de la ligne pilote nous allons par extrapolation construire une méthodologie et un outil pour simuler les effets de changements d'échelle en production.

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Optimisation des paramètres d'acquisition en mesure et imagerie RX par la simulation

Département Imagerie Simulation pour le Contrôle (LIST)

Laboratoire Simulation et Modélisation en Electro-magnétisme

Master physique nucléaire / Ingénieur généraliste

01-10-2021

SL-DRT-21-0723

anthony.touron@cea.fr

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

L'objectif de la thèse est de mettre en place une méthode numérique d'optimisation de paramètres d'acquisition en contrôle par rayons X (RX). Le DISC développe un logiciel de simulation pour le Contrôle Non Destructif qui intègre un module destiné à l'imagerie RX. Ce module, qui correspond à un jumeau numérique du contrôle, permet à l'opérateur de reproduire une configuration expérimentale (source, détecteur, géométrie et matériau de l'objet, défauts, ?) afin d'estimer le résultat qu'il observerait sur une acquisition réelle et ainsi évaluer la sensibilité de la méthode, la limite de détectabilité des défauts ou encore l'impact de différents paramètres (tension et filtration du tube, géométrie d'acquisition). Pour définir ces configurations, l'opérateur doit se baser sur sa propre expérience, ce qui a pour conséquence la réalisation d'acquisitions potentiellement non optimales. Cette limite liée à la dépendance à l'utilisateur est particulièrement critique dans les cas où le signal recherché est très faible par exemple en identification d'une faible quantité d'élément en fluorescence X ou encore pour la tomographie RX qui implique un grand nombre de paramètres d'acquisition. L'objectif est de rendre les mesures expérimentales plus robustes, en ajoutant de l'intelligence dans l'outil de simulation existant, qui intègrerait alors une fonctionnalité d'optimisation des paramètres d'acquisition. Le doctorant devra proposer une méthode numérique permettant de définir, à partir d'un ensemble de simulations, les paramètres maximisant un critère de qualité donné. Ce critère sera défini en fonction du contrôle visé (typiquement l'amplitude du pic de fluorescence ou le taux de transmission du signal RX) et validé expérimentalement.

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Nouvelles stratégies de conception par fabrication additive de scaffolds microfluidiques biocompatibles et biorésorbables pour le développement d'organoïdes sur puce implantables

Département des Technologies des NanoMatériaux (LITEN)

Laboratoire de Formulation des Matériaux

Master 2 ou Ingénieur en sciences des polymères - fabrication additive

01-10-2021

SL-DRT-21-0728

sebastien.rolere@cea.fr

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

Le premier objectif de cette thèse sera d'évaluer l'intérêt technologique et biologique de différents procédés de fabrication additive (FA), dans les phases de conception et de production de scaffolds microfluidiques destinées au développement d'organoïdes sur puce implantables. Le déploiement des technologies de FA pour la conception d'organoïdes sur puces, doit en effet permettre de réaliser des designs microfluidiques complexes en 3 dimensions, plus représentatifs de l'environnement in vivo. D'autre part, le développement de matériaux polymères adaptés à ces procédés de FA, mais également biocompatibles et biorésorbables dans le cas d'organoïdes implantables (e.g. ilots de Langerhans), afin de substituer le PDMS (Polydiméthylsiloxane) actuellement utilisé, est une étape importante pour relever les principaux défis des organoïdes sur puce. Cette thèse s'orientera ainsi vers des matériaux de substitution biocompatibles, biorésorbables et transparents. Enfin, les modèles de puce s'appuieront sur les composants développés au sein des laboratoires DRF et DRT afin de les intégrer dans les campagnes de validation biologique.

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Développement d'une méthode d'Eco-innovation appliquée à la R&I du CEA

Département des Technologies des NanoMatériaux (LITEN)

Laboratoire Micro-Sources d'Energie

management de l'innovation, management de l'environnement, environnement

01-10-2021

SL-DRT-21-0729

elise.monnier@cea.fr

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

L'orientation du développement de l'Europe et de la France dans le cadre du Green Deal et de l'Economie Circulaire exige des méthodes d'innovation radicalement différentes de celles jusque-là pratiquées. Dans ce but, un autre raisonnement est attendu : non plus en terme d'avancée technologique pure mais en termes de finalité, d'impact Durable pour l'économie, l'environnement et la société, passer de l'Innovation à l'Eco-Innovation. Ce changement de paradigme est un nouveau challenge que le CEA doit relever car c'est un facteur de compétitivité vis-à-vis de ses partenaires industriels, de succès aux appels d'offres des projets institutionnels et d'attractivité vis-à-vis des jeunes talents. L'objectif de la thèse est de définir la méthodologie d'Eco Innovation la mieux adaptée aux activités de Recherche et de Développement du CEA. Elle devra être facilement partagée et compréhensible par les ingénieurs-chercheurs et aisément mise en ?uvre dans l'Organisme. Le travail de réflexion sera conduit avec des partenaires académiques spécialistes de l'écoconception, des aspects sociétaux et des entités internes au CEA pour les parties Innovation, éco-conception et tech-éco. Cette thèse s'inscrit dans le cadre d'un projet PTC Matériaux appelé M.U.E. (Méthode Unifiée d'Eco-innovation).

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Modélisation et caractérisation des effets de nano-compliance pour la croissance épitaxiale localisée de GaN sur substrats Si.

Département des Plateformes Technologiques (LETI)

Laboratoire des Matériaux pour la photonique

master II ou 3ème année d'école d'ingénieurs

01-09-2021

SL-DRT-21-0730

guy.feuillet@cea.fr

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

Pour diminuer la densité de dislocations induites par la différence de structure cristalline entre les substrats Si et les couches de semi-conducteurs de la famille des nitrures (GaN), on a souvent recours à des méthodes de croissance épitaxiale localisée. Mais celles-ci résultent en la formation de défauts entre les cristallites issues des centres de nucléation adjacents. Nous avons développé une méthode de croissance localisée originale qui consiste à déposer les cristallites sur des nano-piliers déformables, permettant à ces cristallites de se joindre sans créer de défauts. La thèse que nous proposons se fixe comme objectif de comprendre, pour mieux les contrôler, les phénomènes mécaniques et thermo-mécaniques en jeu dans ce procédé de croissance dite de nano pendeo-épitaxie compliante. Ceci reposera sur la mise en place d'une modélisation par éléments finis de façon à prédire le comportement mécanique de ces systèmes complexes et par un ensemble de caractérisations fines à l'échelle nano des contraintes et défauts dans le matériau. La réduction attendue de la densité de défauts dans ces couches débloquera des verrous importants pour nombre d'applications qui nous intéressent associées à ces matériaux en opto et micro-électronique.

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Matériaux architecturés pour échangeurs thermiques appliqués à la transition énergétique

Département des Technologies des NanoMatériaux (LITEN)

Laboratoire de Modélisation et Matériaux pour la Métallurgie

diplôme d'ingénieur ou Master 2

01-09-2021

SL-DRT-21-0731

guilhem.roux@cea.fr

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

Le projet concerne l'éco-innovation de structures architecturées multi-échelle à imprimer en 3D pour des échangeurs-réacteurs innovants. L'ambition est l'amélioration des performances en termes de cinétiques, de stabilité et de sélectivité des réactions utilisées pour le domaine de l'hydrogène. Les structures développées seront optimisées par simulation numérique thermique afin de maximiser leur efficacité en tirant parti des avantages de la Fabrication additive. Les applications visées sont la production de gaz de synthèse par procédés catalytiques : la méthanation du CO2 [1], les réactions de Fischer-Tropsch, la technologie LOHC ou encore la décomposition du NH3. Dans le cadre de la thèse, il est proposé qu'une de ces applications soit traitée en priorité. Les verrous techniques considérés durant cette thèse seront la mise au point d'outils numériques de simulation thermo-fluidique à l'échelle des cellules élémentaires (Volume Élémentaire Représentatif) en couplant une simulation thermique pour la partie solide et une méthode de Boltzmann sur réseau pour la partie fluide. Par stratégie de changement d'échelle, des modélisations à l'échelle représentative des sections utiles des réacteurs (calcul mésoscopique) ainsi qu'à l'échelle complète des réacteurs seront réalisées par méthode aux éléments finis (Comsol). Un screening des structures élémentaires sera préalablement réalisé afin d'identifier les structures les plus adaptés pour chaque application, en s'appuyant sur un outil de conception de structures élémentaires. Les attendus applicatifs finaux nourriront plusieurs leviers d'action de l'économie circulaire pour réduire les impacts économiques (compétitivité avec des échangeurs plus compacts, plus sélectifs) et environnementaux (sobres en énergie et en matière) : augmentation de l'efficacité du procédé, augmentation des durées de vie des catalyseurs et diminution de l'impact écologique par une analyse d'impact environnemental comparée (ACV). Cette thèse sera conduite en collaboration entre DAM/Le Ripault et DRT/Liten. La première année de thèse sera menée à Le Ripault (Tours) et les deux dernières années à Grenoble.

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Imagerie assistée par simulation pour le SHM par ondes élastiques guidées : tomographie et dérivée de forme

Département Imagerie Simulation pour le Contrôle (LIST)

Laboratoire Méthodes CND

01-10-2021

SL-DRT-21-0738

tom.druet@cea.fr

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

Le contrôle santé intégré (SHM) consiste à suivre l'état de santé d'une structure à partir de capteurs intégrés. Dans ce contexte, le LIST travaille sur des méthodes de tomographie novatrices par ondes élastiques guidées pour cartographier des zones corrodées sur géométries simples : plaques et tubes. Le sujet de la thèse est d'adapter à nos problèmes dynamiques la méthode dite « dérivée de forme », surtout utilisée sur données statiques, pour développer une imagerie itérative basée sur un jumeau numérique. Cette méthode permet une reconstruction de grande qualité pour des géométries complexes mais implique la résolution d'un problème numérique coûteux. La qualité de la cartographie dépend aussi fortement de l'initialisation, souvent basée sur la structure parfaite, potentiellement éloignée de l'état actuel. Nous proposons d'adresser ces deux points ainsi : l'initialisation de la dérivée de forme sera obtenue à partir des méthodes de tomographie existantes, améliorant ainsi la convergence en limitant le nombre d'itérations et l'effet des minima locaux. Le problème numérique sera résolu au moyen d'éléments finis spectraux d'ordre élevé transitoires, permettant des calculs rapides et peu coûteux. La définition de métriques adaptées à la comparaison des signaux simulés et expérimentaux constituera également un volet de l'étude. Les performances seront validées sur des données expérimentales représentatives de cas complexes d'intérêt pour l'industrie (corrosion sous support, etc.).

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Approche deep learning pour améliorer la qualité de l'image en reconstruction tomographique X par vues éparses

Département Imagerie Simulation pour le Contrôle (LIST)

Laboratoire Simulation et Modélisation en Electro-magnétisme

Ecole d'ingénieur ou M2 "Data science" / Mathématiques appliquées

01-10-2021

SL-DRT-21-0739

caroline.vienne@cea.fr

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

La tomographie par rayons X (RX), qui consiste à reconstruire une image 3D d'un objet à partir d'un ensemble de radiographies, est une méthode d'imagerie incontournable dans le domaine médical comme dans celui du contrôle non destructif de pièces industrielles. Dans ces deux types d'applications, elle rencontre le même besoin de produire un résultat fiable et de la meilleure qualité possible à partir d'un nombre minimal de radiographies, que ce soit pour limiter la dose reçue par le patient ou pour réduire le temps d'acquisition et ainsi être compatible avec du contrôle sur ligne de production. Malheureusement, une telle réduction du nombre de radiographies, ou projections, se traduit généralement par l'apparition d'artefacts sur l'image reconstruite qui impactent fortement sa lisibilité. L'objectif de cette thèse est de recréer des projections manquantes à l'aide d'une méthode de deep learning basée sur les réseaux de neurones convolutifs de type U-net, qui sera entraînée dans un premier temps sur une base de données constituée d'images simulées. Cette base de données sera obtenue à l'aide du logiciel de simulation CIVA développé au sein du DISC, qui correspond à un jumeau numérique d'une acquisition tomographique. En effet, le coût important de l'acquisition tomographique est aujourd'hui un verrou majeur à la création des bases de données nécessaires à l'apprentissage de ces modèles. Cette première phase sera alors couplée à une approche de transfer learning pour réduire le biais introduit par ces données simulées à l'aide d'un ensemble très réduit de données expérimentales.

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Exploitation des vulnérabilités matérielles des dispositifs mobiles comme nouvelle approche pour l'analyse Forensic

Département Systèmes (LETI)

Laboratoire Sécurité des Objets et des Systèmes Physiques

master ou école d'ingénieur Mathématique, Informatique ou Électronique

01-09-2021

SL-DRT-21-0742

driss.aboulkassimi@cea.fr

Cybersécurité : hardware et software (.pdf)

L'objectif de la thèse est d'étudier le potentiel des vulnérabilités matérielles des dispositifs mobiles pour contourner des fonctions de sécurité d'un téléphone mobile de type smartphone, ou extraire des secrets. Les chemins de vulnérabilités à explorer tireront profit d'un accès physique au System-On-Chip réalisant des fonctions de sécurité. Par exemple, l'analyse des émanations électromagnétiques ou la perturbation par illumination laser ou électromagnétique sont des moyens efficaces pour extraire des secrets ou contourner des mécanismes de sécurités. Des travaux de l'équipe SAS ont permis de montrer que les vulnérabilités physiques peuvent être une menace pour les mécanismes de sécurité des Systems-On-Chip. L'analyse d'émissions permet potentiellement d'extraire un secret d'une enclave comme la TrustZone [1]. L'injection de fautes par perturbation électromagnétique peut permettre de réaliser une élévation de privilèges en s'authentifiant avec un mot de passe illégitime [2]. À travers cette thèse nous étudierons trois verrous qui limitent aujourd'hui le potentiel des vulnérabilités physiques sur Smartphone : la microarchitecture complexe des SoCs, la pile logicielle complexe des smartphones, et la synchronisation temporelle et spatiale des perturbations pour contourner un mécanisme de sécurité. En effet, la mise en place de ces bancs de test nécessite une bonne synchronisation entre le banc d'attaque et le code logiciel en cours d'exécution. Cette synchronisation est un verrou majeur, voire le premier à résoudre pour ouvrir de nouvelles pistes permettant l'exploitation des vulnérabilités matérielles sur smartphone. Dans un premier temps, le doctorant ou la doctorante explorera donc de nouvelles méthodes pour affronter la problématique de synchronisation du banc de test par perturbation pour l'exploitation d'injection de fautes sur Systems-On-Chip. Dans un second temps, les travaux de thèse viseront à développer de nouvelles méthodes pour contourner les verrous qui empêchent aujourd'hui l'exploitation des techniques de caractérisation sécuritaire par perturbation et par analyse de canaux auxiliaires sur téléphones mobiles pour l'extraction de données. Ce sujet de thèse s'inscrit dans le contexte du projet H2020 EXFILES. Ce projet réunit des académiques, des industrielles et des forces de l'ordre de 7 pays européens. Les travaux effectués dans le cadre de cette thèse permettront de compléter les outils d'analyse Forensic existants. Par ailleurs, l'un des problèmes majeurs de l'exploitation des techniques de perturbation par injection de fautes pour une fin FORENSIC, réside dans le taux de reproductibilité des résultats. Par exemple, en fonction des conditions expérimentales du test, un banc d'injection EM ne permet pas souvent de fournir les mêmes résultats sur la même cible : dans le cas d'une variation de la température de la salle de test de quelques degrés, ou si le sonde d'injection EM a été déplacée ensuite remise à sa position initiale, etc. Le doctorant devra donc explorer et proposer des pistes d'automatisation, assurant un important taux de reproductibilité indépendamment des conditions de test et de la cible. Le laboratoire LSOSP (Laboratoire de Sécurité des Objets et Systèmes Physiques) accueillera le/la doctorant sur son site de Gardanne au sein de l'équipe de recherche commune entre le CEA et l'EMSE: SAS "Systèmes et Architectures Sécurisés". Cette équipe dispose d'équipements de pointe avec des bancs de caractérisation sécuritaire matérielle au niveau de l'état de l'art international. Elle est située entre Aix-En-Povence et Marseille à Gardanne sur le campus Georges Charpak Provence. La thèse sera dirigée par Jessy Clédière et co-encadrée par Driss Aboulkassimi et Simon Pontié. Le candidat/La candidate pourra avoir suivi un cursus Mathématique, Informatique ou Électronique. Une expérience en lien avec l'analyse de vulnérabilités matérielles n'étant pas obligatoire, mais appréciable. La thèse démarrera en octobre 2021. Les candidatures accompagnées d'un CV, des derniers relevés de notes et d'une lettre de motivation sont à envoyer par mail avant le 15 avril 2021 à simon.pontie@cea.fr Plus d'informations: - https://www.simon.pontie.fr/sujet-these/exfiles/index.html - https://exfiles.eu/, présentation vidéo https://vimeo.com/441318313 - https://www.simon.pontie.fr/ - https://www.leti-cea.fr/ [1] P. Leignac, O. Potin, J.-M. Dutertre, J.-B. Rigaud, et S. Pontie, « Comparison of side-channel leakage on Rich and Trusted Execution Environments », in 6th Workshop on Cryptography and Security in Computing Systems, 2019. https://doi.org/10.1145/3304080.3304084. [2] C. Gaine, D. Aboulkassimi, S. Pontie, J.-P. Nikolovski, et J.-M. Dutertre, « Electromagnetic Fault Injection as a New Forensic Approach for SoCs », in 2020 IEEE International Workshop on Information Forensics and Security (WIFS), 2020. https://www.wifs2020.nyu.edu/.

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Programmation multi-architectures pour la reconstruction à haute performance en tomographie passive

Département Imagerie Simulation pour le Contrôle (LIST)

Laboratoire Développement Informatique

Ecole ingénieur informatique, master calcul haute performance

01-03-2021

SL-DRT-21-0745

hamza.chouh@cea.fr

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

Le Structural Health Monitoring (SHM, ou contrôle santé intégré) est une approche du contrôle non destructif visant à intégrer des outils d'inspection directement dans les structures ciblées afin de faciliter l'acquisition de données et éviter la mobilisation régulière de ressources de contrôle (humaines, matérielles) et l'immobilisation d'équipements. S'inscrivant dans cette démarche, la tomographie ultrasonore passive exploite le bruit de structure de pièces assimilables à des guides d'ondes pour contrôler les variations d'épaisseur de celle-ci, dans l'objectif de détecter l'apparition de défauts de corrosion ou d'érosion. Ce procédé implique l'utilisation de plusieurs algorithmes de traitement du signal appliqués à de grandes quantités de données. Dans l'objectif d'intégrer des contrôles de SHM dans des équipements à la fois compacts et peu énergivores, cette thèse vise à développer une chaîne de traitement du signal embarquée répondant aux besoins de la tomographie passive. Il sera donc nécessaire de déterminer les architectures matérielles les plus adaptées et de réaliser des implémentations hautement optimisées des algorithmes impliqués dans la chaîne de traitement en faisant évoluer ceux-ci en fonction des besoins de performance. A cette fin on étudiera au cours de la thèse différentes architectures matérielles (GPU, GPU faible consommation, FPGA) en comparant des approches de programmation générique (Sycl) et des implémentations dédiées à chaque architecture.

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Développement de procédés plasma en gaz pulsés pour la gravure des contacts et application aux composants logiques avancées

Département des Plateformes Technologiques (LETI)

Laboratoire Gravure

ingénieur physiien ou chimiste, spécialité procédés ou semiconducteurs

01-10-2021

SL-DRT-21-0747

francois.boulard@cea.fr

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

Le CEA-Leti et ses partenaires travaillent activement au développement d'une technologie d'ordinateur quantique sur Si qui soit compatible industriellement. Celle-ci requiert une maitrise subnanométrique des procédés de réalisation. Parmi ceux-ci, la gravure des contacts présente de nombreux défis, tant en terme de sélectivité de l'arrêt de gravure que de contrôle des dimensions latérales. Pour y répondre, l'utilisation de procédés plasma en gaz pulsés, alternant le dépôt d'espèces réactives et leurs activations, permet théoriquement d'atteindre un endommagement des couches en fond de contact inférieur au nanomètre tout en maitrisant la reproductibilité des dimensions critiques. Le travail de recherche, à dominante expérimentale, se déroulera en salle blanche, sur des équipements acceptant des plaques de diamètres 300mm. Il portera sur le développement de procédés de gravure de SiO2 et Si3N4 en chimies fluoro-carbonées. Un premier temps sera consacré à la mise au point des procédés en gaz pulsés sur des paques sans motifs. L'influence de ce paramètre sur la vitesse de gravure sera évaluée par ellipsométrie et comparée aux procédés continues, maitrisés au laboratoire. Des analyses fines de la stoechiométrie de surface par spectroscopie de photoélectrons X seront menées pour éclairer les mécanismes d'interaction plasma/surface et l'influence de la stratégie de pulsation retenue. Un second temps visera à appliquer ces résultats sur des gravures de contact. Des caractérisations par microscopies électroniques à balayage et en transmission électronique chercheront à confirmer ou infirmer les mécanismes établis. En particulier, l'apport de la stratégie de pulsation sur la dépendance de la gravure au facteur d'aspect du motif et sur le pouvoir d'arrêt sur le matériau sous-jacent devra être démontré. Un volet plus exploratoire de caractérisation par mesure capacité tension des charges piégées en fond de contact sera aussi évalué. A l'issu de la thèse, l'intégration de ces nouveaux procédés sur des démonstrateurs fonctionnels visera à valider la pertinence de l'approche.

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Caractérisation des effets microstructuraux liés au smartcut du SiC

Département Composants Silicium (LETI)

Laboratoire Intégration et Transfert de Film

Sciences des materiaux

01-11-2020

SL-DRT-21-0749

christelle.navone@cea.fr

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

L'industrie automobile, et plus particulièrement le marché des véhicules électriques, requiert des composants SiC plus performants et plus robustes que leurs équivalents en Si. Cependant, les substrats SiC sont aujourd'hui encore très chers et leur approvisionnement se heurte à une dépendance vis à vis d'un monopole américain et asiatique. L'objectif de la thèse s'intègre dans la fabrication d'un substrat SiC ne comportant qu'une fine couche de SiC de très bonne qualité reportée par la technologie Smart Cut? sur un substrat moins cher et de moindre qualité, typiquement du polySiC. Elle a pour objectifs : - Approfondir la compréhension des phénomènes de surface du SiC en fonction du traitement thermique. Cette étude reposera sur des tests de recuits couplés à des analyses de surface (AFM, PEEM, Raman, XPS). Elle permettra de déterminer les mécanismes de reconstruction de la surface du SiC et le rôle de la présence du graphène. Des solutions seront proposées et évaluées afin de limiter la modification topologique de la surface en température. - Comprendre la nature des défauts SiC dus au Smart-Cut et leur impact sur les propriétés électriques et thermiques. La détermination des défauts reposera sur des analyses physico-chimiques telles que la photoluminescence, la cathodoluminescence, ?. Des analyses chimiques à base de KOH pourront être employées afin de révéler les défauts à plus large échelle.

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Elaboration de matériaux multifonctionnels, application à l'hydrogénation catalytique du CO2 en méthanol et dimethyl-ether

Département Thermique Conversion et Hydrogène (LITEN)

Laboratoire réacteurs et procédés

génie des procédés, génie des matériaux, génie chimique

01-09-2021

SL-DRT-21-0750

albin.chaise@cea.fr

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

La synthèse d'hydrogène par électrolyse de l'eau couplée à l'hydrogénation catalytique de CO2 en hydrocarbures ou oxygénés de forte densité énergétique (méthanol, DME?) peut permettre de décarboner certains modes de transport (maritime, aérien) difficilement électrifiables et de fournir une matière première pour l'industrie chimique durable. Cependant ces réactions d'hydrogénation sont limitées thermodynamiquement. La présente proposition de thèse vise à développer un système couplant la réaction catalytique (sur catalyseur CuZnO/Al2O3 et zéolithes) avec la-déshydratation du milieu par séparation et/ou adsorption des molécules d'eau (sur membranes/adsorbants zéolithes ZSM5 et LTA) pour la synthèse directe de Dimethyl Ether (DME) à partir de CO2 en mettant en ?uvre des matériaux non critiques (Cu, Zn, Al) et recyclables ainsi que des procédés de dépôt des zéolithes à faible impact environnemental (CO2 supercritique, hydrothermal, micro-ondes) ou utilisant des bio-templates. Un axe essentiel de la synthèse est l'obtention d'une croissance orientée en 3D des zéolithes limitant les défauts, d'abord sur des surfaces planes, puis sur des structures 3D céramiques et éventuellement métalliques. Les performances du matériau (capacité de sorption, perméabilité, sélectivité) seront testées sur des échantillons, puis en présence de catalyseur CuZnO/Al2O3 et enfin dans la structure 3D du réacteur à l'échelle de quelques L min-1 de réactif.

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Modélisation et optimisation de procédés de micro-fabrication 3D pour applications optiques

Département des Plateformes Technologiques (LETI)

Laboratoire

Ingénieur physique générale / mathématiques appliquées

01-10-2021

SL-DRT-21-0751

SEBASTIEN.BERARDBERGERY@cea.fr

Simulation numérique (.pdf)

La réalisation de structures 3D microniques permet de fabriquer des éléments fonctionnels clés de la microélectronique tels que des micro-lentilles pour les imageurs optiques. Ces lentilles peuvent être en particulier réalisées à partir d'un procédé de fluage de résine ou par lithographie à niveaux de gris (grayscale). La lithographie grayscale offre l'avantage de pouvoir créer des structures de différentes topographies en une seule étape de procédé. Son succès dépend fortement de la justesse de la modélisation du procédé et de la stratégie d'optimisation du masque optique. La lithographie grayscale a été développée au CEA-LETI ces 3 dernières années grâce à une thèse Cifre. L'objectif est de poursuivre les opportunités de fabrication 3D ouvertes vers des applications optiques (Imagers, diffractives) mais aussi de réalités augmentées. L'exploration portera sur de nouvelles méthodologies de design et de préparation de données. On pensera notamment à des pixellisations non régulières sur le masque, et à l'utilisation de réseaux de neurones pour la recherche de solutions optimales. La modélisation des résines lors du procédé de lithographie 300mm sera également un volet crucial de la thèse.

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Simulation Numérique de la mise en ?uvre de lits de poudres pour la fabrication additive 3D

Département des Technologies des NanoMatériaux (LITEN)

Laboratoire de Modélisation et Matériaux pour la Métallurgie

Master 2

01-09-2021

SL-DRT-21-0752

guilhem.roux@cea.fr

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

Le projet concerne l'étude de l'étalement de poudres dans le cadre des procédés de fabrication additive sur lit de poudre, en particulier les procédés L-PBF (Laser-Powder Bed Fusion) et MBJ (Metal Binder Jetting). L'ambition est de doter le CEA d'un outil de simulation fiable permettant de reproduire ce qui se passe pendant cette étape clef, lorsque le lit de poudre réel (destiné à être fusionné ou aggloméré selon les technologies) est étalé. Ce projet sera alimenté par des résultats issus d'un banc d'étalement instrumenté dédié ainsi que par des essais élémentaires. La simulation s'appuiera sur les méthodes DEM (discrete element method, [1]), bénéficiant de développements acquis par les partenaires (DES/IRESNE) en transitique des poudres et de premiers développements en cours (DRT/LITEN). Les modèles de comportement d'interaction particulaires seront alimentés des données issues d'un nombre important de techniques de caractérisation du comportement de poudres en conditions d'écoulement élémentaires. Les modèles seront ensuite confrontés à des résultats d'essais élémentaires, puis à terme sur des résultats en vraie grandeur obtenus sur le banc d'étalement du LITEN Aujourd'hui, de nombreux travaux sont conduits sur ce sujet ([2] [3] [4] [5]), mais ils portent sur des poudres idéalisées, sphériques et monodisperses. L'originalité par rapport à l'état de l'art est d'investiguer au-delà des comportements de poudres modèles en prenant en compte l'état morpho-physicochimique réel (rugosité de surface, sphéricité, charge électrostatique, humidité, état d'oxydation,?) des poudres. En particulier, un objectif sera d'appréhender les mécanismes de vieillissement des poudres et leur conséquence sur la coulabilité, véritable enjeu industriel. De plus, cette étude permettra de montrer les conséquences sur la coulabilité de poudres composites développées au CEA ([6] [7]). Cette thèse sera conduite en collaboration entre DES/IRESNE et DRT/LITEN.

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Intégration de commutateurs RF à base de matériaux chalcogénures à changement de phase

Département Composants Silicium (LETI)

Laboratoire Composants Radiofréquences

Master 2 ou ingénieur en électronique hyperfréquence

01-10-2021

SL-DRT-21-0754

bruno.reig@cea.fr

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

Afin de répondre aux attentes des futurs réseaux cellulaires 5/6G et satellites SATCOM, il est nécessaire de développer des systèmes RF (Radiofréquence) plus performants et agiles. Dans ce contexte, de nouvelles technologies de commutateurs RF basées sur des matériaux chalcogénures à changement de phase suscitent une forte attention car elles offrent des solutions en rupture pour réaliser des circuits RF reconfigurables, à faible consommation d'énergie, rapides, miniatures et intégrables sur des circuits CMOS. L'objectif de la thèse est donc de développer une nouvelle filière technologique de commutateurs RF basée sur ces matériaux chalcogénures pour les futurs systèmes de télécommunications sans fils. Le travail demandé est pluridisciplinaire et sera réalisé en collaboration étroite entre trois départements du CEA-LETI apportant leur expertise sur la synthèse de nouveaux matériaux, sur l'intégration technologique de composants RF innovants et sur le développement de fonctions électroniques avancées. Le/la doctorant(e) définira les principales spécifications des commutateurs pour les applications visées et cherchera à identifier les propriétés clés requises pour le matériau à changement de phase. Il évaluera différents alliages de matériaux chalcogénures et développera une filière d'intégration technologique des commutateurs permettant d'optimiser la fiabilité et les performances électriques et énergétiques du composant. Enfin il concevra des circuits RF innovants et étudiera l'impact des paramètres de design sur les performances globales du système au sein d'un démonstrateur applicatif.

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Fabrication d'un reseau 2D de qubits en utilisant des origamis d'ADN

Département des Plateformes Technologiques (LETI)

Laboratoire

M2 physique des materiaux, microelectronique,

01-10-2021

SL-DRT-21-0759

raluca.tiron@cea.fr

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

Cadre et contexte: Les technologies de l'information de demain vont avoir besoin de structures de plus en plus complexes qui, dans une démarche logique de miniaturisation, combinent à la fois la haute résolution, la haute densité ainsi que le design complexe (formes arrondies, empilement 3D, etc.). Dans ce contexte et pour répondre aux futures exigences des technologies, des nouvelles techniques de nano-structuration devront être envisagées. De par son gabarit nanométrique (diamètre de 2nm), sa propension à l'auto-assemblage, sa diversité structurale et les possibilités de fonctionnalisation, l'ADN constitue une brique de choix. Il offre notamment la possibilité de réaliser des architectures en 2D et en 3D, définies au nanomètre près. Travail demandé : cette thèse a pour objectif de démontrer la faisabilité de réseaux 2D de nanostructures en utilisant un masque en ADN. Des nouveaux origamis seront réalisés en visant une résolution ultime de quelques nanomètres, une densité de motifs compatible avec des applications microélectroniques, mais aussi un control nanométrique de l'alignement, en se basant sur les propriétés d'auto-assemblage de l'ADN. La partie technologique sera focalisée sur l'implémentation de ces structures sur plaque de silicium, en utilisant des procédés compatibles avec l'environnement salle blanche du Leti, afin de réaliser un démonstrateur morphologique. Le démonstrateur final sera un réseau 2D de qbits silicium.

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Structuration 3D par dépôt localisé

Département des Plateformes Technologiques (LETI)

Laboratoire

Nanotechnologies, Physique, Chimie

01-09-2021

SL-DRT-21-0760

guido.rademaker@cea.fr

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

Traditionellement, la fabrication des semiconducteurs industrielle (CMOS) consiste d'un boucle des étapes: déposition des matériaux - lithographie - gravure - stripping. Cette boucle est répété plusieurs fois pour arriver à une structure 3D. Pour des applications "More than Moore", maintenant plus de flexibilité en terme de morphologie est demandée. Pour les applications "More Moore", on trouve des limites de matériaux et procédés innovateurs parfois font une combination déposition - gravure, ou lithographie - déposition. La thèse est proposée au sein de laboratoire lithographie avancée du CEA-Leti, avec accès aux matériaux de photo-lithographie industrielle, ainsi que les polymères auto-organisant comme les copolymères à bloc et les origamis d'ADN. Toutes ces matérieaux ont la capabilité de former des structures 3D. Ces structures peuvent être durcis par une croissance d'épitaxie, ou une déposition comme le Chemical Vapour Deposition (CVD), Atomic Layer Deposition (ALD), ou même Sequential Infiltration Synthesis (SIS). Dépendant de l'application, un fonctionallisation de surface par une traitement chimique peut être envisagé, pour arriver aux applications comme les capteurs biologiques et des méta-matériaux optiques et méchaniques. Le travail de la thèse commence avec un recherche bibliographique, suivi par une évaluation de faisabilité d'intégration au CEA-Leti, création d'une matrix organique avec un morphologie 3D à partir des matérieaux choisi, la dûrcissement ou fonctionalisation par un procédé de croissance ou dépôt, l'enlèvement des résidues organiques, la cáractérisation et métrologie de morphologie 3D. Enfin, l'objectif est d'arriver à une démonstrateur morphologique. Dans le cas il y a assez des résultats tôt dans la thèse, ensemble avec un département applicatif, l'évaluation fonctionelle d'un tel procédé est possible. Les travaux se finissent par l'écriture d'un manuscrit et la soutenance vis-à-vis un jury scientifique.

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Utilisation de multicouches polymère/semi-conducteur pour l'élaboration de substrats innovants

Département des Plateformes Technologiques (LETI)

Laboratoire

MASTER 2 Physico-chimie des materiaux

01-04-2021

SL-DRT-21-0761

pierre.montmeat@cea.fr

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

Depuis une trentaine d'année, la microélectronique fait appel aux matériaux de type polymère organique pour de nombreuses applications : la photolithographie, le packaging, la micro fluidique ou bien le collage. Dans cette dernière application, les polymères organiques sont des matériaux de choix car ils peuvent être mis en forme très facilement, ce qui permet d'obtenir des films dans une large gamme d'épaisseur (De 10 nm à 100 µm). Par ailleurs, ils résistent à des températures compatibles avec certains procédés d'élaboration des transistors. Et leur bonne propriété d'isolation électrique est souvent avantageuse. Dans ce contexte, on étudiera la réalisation de multicouches polymère/silicium pour l'élaboration de substrats innovants pour la micro électronique.

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développement et caractérisation de matériaux piézoélectriques conformables pour des applications médicales

Département des Technologies des NanoMatériaux (LITEN)

Laboratoire Composants Organiques

Sciences des matériaux, électronique

01-10-2021

SL-DRT-21-0767

mohammed.benwadih@cea.fr

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

Les récents progrès dans les matériaux, la fabrication, la biotechnologie et les systèmes ont favorisé de nombreux capteurs et actionneurs basés sur des matériaux piézoélectriques souples biocompatibles dans le domaine de la médecine. Dans cette thèse, les principes, les opportunités futures et les défis dans l'élaboration et la caractérisation de matériaux piézoélectriques conformables à usage médical seront examinés. Un capteur / actionneur piézoélectrique extensible, réalisé sur un substrat étirable, sera développé avec des matériaux (composites/polymères. Ces développements permettront d'étudier la faisabilité d'usage de tels composants piézoélectriques dans le domaine de la médecine. Le doctorant, avec les équipes en place, développera un composant piézoélectrique sur substrat étirable, via (i) l'utilisation d'un polymère piézoélectrique intrinsèquement extensible ou via (ii) la mise en ?uvre de matériaux composites (particules inorganiques piézoélectriques dans une matrice polymère). Le doctorant aura également un travail de caractérisation électrique à réaliser sur des matrices à bases de ces composants . Ce stage se déroulera dans le cadre d'une collaboration entre le laboratoire LGEF de l'INSA LYON pour les caractérisations fines piézoélectriques et le CEA_Liten pour les aspects choix matériaux/ développement process et caractérisation fondamentale des matériaux.

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Ecoconception appliquée aux systèmes batteries

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

Laboratoire Prototypage et Procédés Système

Sciences des materiaux, energétique, electrochimie

01-10-2021

SL-DRT-21-0772

remy.panariello@cea.fr

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

Lorsqu'un véhicule électrique est utilisé en France, son impact environnemental est dominé - en terme d'émissions de CO2 - par la production des batteries qui le composent. En attendant l'essor de chimies plus vertueuses, on s'interroge sur la possibilité de réduire de manière substantielle l'impact environnemental d'un pack batterie, en travaillant exclusivement sur les pièces et sous-systèmes situés autour des cellules: structure mécanique, système de gestion thermique, électronique embarquée etc... L'environnement des cellules peut-il significativement contribuer à réduire l'impact environnemental d'un véhicule électrique? Dans ce travail de thèse, nous nous proposons d'identifier et d'évaluer différentes pistes de conception permettant de réduire l'impact environnemental de packs batterie automobiles, en se focalisant ? au moins dans un premier temps ? sur les critères « changement climatique » et « consommation de matières minérales ». Nous nous appuierons sur l'approche et les méthodes d'écoconception et d'ACV pour évaluer l'impact de packs batterie actuels, et identifier des voies et solutions techniques prometteuses: stratégies de gestion thermique et électrique, conception mécanique alternative, sélection ou formulation de matériaux... L'évaluation des impacts et la recherche de compromis pourra se faire par simulation dans un premier temps. Nous chercherons ensuite à démontrer la viabilité de certaines de ces pistes par la réalisation de maquette(s) de module(s), s'appuyant notamment sur les technologies de fabrication additive. La thèse sera menée sur le site de Grenoble, en étroite collaboration entre le département de l'énergie pour les transports (DEHT), le département des nouveaux matériaux (DTNM), et le laboratoire G-SCOP spécialisé dans les méthodes d'analyse de cycle de vie. Elle couvrira des domaines scientifiques aussi variés que: ACV, simulation numérique, sciences des matériaux, conception, ou encore procédés de fabrication.

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Analyse thermo-économique multicritère et optimisation des complémentarités entre le CO2 (CCU), les biomasses (BE-CCS) et le vecteur électrique (production H2, stockage en batteries), dans le cadre des mix énergétiques français et européen

Département Thermique Conversion et Hydrogène (LITEN)

Laboratoire des systèmes énergétiques pour les territoires

Energie, génie des procédés, analyse systemique

01-10-2021

SL-DRT-21-0778

guillaume.boissonnet@cea.fr

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

Dans le cadre des études du la fermeture du cycle du carbone, il est indispensable de s'intéresser à la complémentarité entre plusieurs sources de carbone (CO2 et biomasse) et sources et vecteurs d'énergie décarbonée (électricité, H2). Ceci constitue un système complexe incluant de nombreuses variables et contraintes, qu'il est nécessaire d'étudier avec des moyens d'optimisation et d'analyse multicritère, afin d'en tirer le meilleur parti. La thèse s'articulera autour de 3 axes ? Elaboration, consolidation d'une méthodologie d'optimisation et d'analyse multicritères de systèmes d'énergies incluant le carbone non fossile comme ressource matière et les énergies décarbonées. ? Elaboration, consolidation de base de données de solutions technologiques incluant le carbone non fossile comme ressource matière et les énergies décarbonées. ? Etude de plusieurs systèmes selon la philosophie du schéma : couplant carbone et électricité, notamment par l'intermédiaire de l'hydrogène.

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Dépôt sélectif localisé d'oxydes pour la microélectronique

Département des Plateformes Technologiques (LETI)

Laboratoire

Master 2

01-10-2021

SL-DRT-21-0781

chloe.guerin@cea.fr

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

Dans le but de réduire les coûts de fabrication des circuits intégrés et de poursuivre leur miniaturisation, des approches reposant sur l'utilisation de procédés de dépôts sélectifs sont désormais envisagées en complément de la photolithographie. Les travaux récents sont très majoritairement liés à l'utilisation du dépôt par couches atomiques (ALD) qui est une technique très appropriée pour le développement d'un procédé sélectif en raison de sa grande sensibilité à la chimie de surface. L'ALD est une méthode de dépôt de couches minces basée sur l'adsorption autolimitée sur une surface de précurseurs en phase gazeuse et de réactions de surface entre les molécules de précurseurs et un réactif, permettant un contrôle à l'échelle atomique de l'épaisseur et de la qualité du matériau déposé. L'objectif de cette thèse concerne la mise en place d'un dépôt sélectif localisé (ASD pour Area Selective Deposition) basé sur l'utilisation d'une couche organique permettant la désactivation des réactions chimiques de surface en ALD. Cette couche organique agit comme une couches d'inhibition de l'ALD qui permet un dépôt sélectif par zone. Dans la littérature, cette approche utilise généralement des monocouches auto-assemblées (SAM) qui peuvent présenter des limitations en terme de densité et de stabilité thermique ou chimique. Dans cette thèse, on s'intéressera au développement de couches minces d'inhibition déposées par CVD dans le but de trouver une méthode polyvalente pour permettre le dépôt sélectif d'oxydes métalliques. Outre la sélectivité avec les dépôts ALD, les critères de sélection seront la stabilité thermochimique de la couche d'inhibition afin de résister aux conditions de l'ALD ainsi que la possibilité de déposer des couches épaisses d'oxydes. Au cours de cette thèse l'étudiant aura accès à plusieurs équipements de dépôts (ALD, PECVD, iCVD) ainsi qu'à une riche plateforme de nano-caractérisation (ellipsométrie, FTIR, angle de contact, AFM, XPS, Tof-SIMS). Ces analyses de surface et ces caractérisations des couches minces permettront d'identifier la meilleure approche afin d'obtenir des sélectivités les plus élevées possibles. La caractérisation fine des films organiques et inorganiques à l'échelle nanométrique sera également réalisée sur des structures patternées. On s'intéressera aussi à mettre en évidence les mécanismes à l'origine de la sélectivité ainsi que les mécanismes de génération de défauts. L'objectif final de ce projet visera à mettre en ?uvre le procédé d'ASD développé pour la réalisation d'un démonstrateur (opto)électronique.

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Intégration sur silicium de transistors III-V Térahertz (Thz) pour des applications submillimétriques

Département Composants Silicium (LETI)

Laboratoire d'Intégration des Composants pour la Logique

Ingénieur/Master2 en Physique du semiconducteurs et Microélectronique

01-10-2021

SL-DRT-21-0796

herve.boutry@cea.fr

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

L'évolution des besoins en capacité de communications à haut débit (au-delà des 100Gbits/s) sans fil, que ce soit pour des applications industrielles de transfert de données numériques sans liaison filaire ou, à plus long terme, pour des applications telles que la 6G, requiert l'utilisation de circuits électroniques pouvant fonctionner à des fréquences élevées, proches du domaine des ondes térahertz. Récemment, les plages de fréquences de l'ordre de 300GHz (standard 802.15.3d), ont été ouvertes à l'industrie et nécessitent de concevoir des circuits intégrant des transistors qui présentent des fréquences de coupure de Fmax au Thz. A l'état solide, les seuls transistors connus, délivrant suffisamment de courant ou de puissance à ces fréquences sont les transistors HEMTs et HBT de la filière InP difficilement compatibles avec le Silicium, matériau préférentiel des circuits numériques et de conversion digital-analog (DAC) ou autres fonctions électroniques. Afin de profiter des meilleurs performances fréquentielles des circuits à base de semiconducteurs III-V et la fiabilité des circuits sur Si, une approche d'intégration 3D de puces III-V sur circuit Si est proposée et nécessite d'être optimiser pour limiter les pertes de transmission du signal liées aux interconnexions et lignes métalliques.

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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-21-0797

florian.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. Cette thèse se déroulera à Grenoble. [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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Méthodes d'apprentissage et de classification basées tactile pour la planification et la vérification de tâches ? applications en manipulation robotique pluridigitale et bimanuelle

Département Systèmes (LETI)

Laboratoire Signaux et Systèmes de Capteurs

M2 apprentissage machine, robotique, traitement de signal

01-09-2021

SL-DRT-21-0803

saifeddine.aloui@cea.fr

Data intelligence dont Intelligence Artificielle (.pdf)

La manipulation robotique d'objets requiert en premier lieu une planification de prise de ces objets, qui est fonction de paramètres caractéristiques du préhenseur et de la tâche à effectuer (tels que les zones d'accessibilité ou le niveau et la direction des efforts pouvant être impliqués dans les tâches d'assemblage, d'insertion, de manipulation dextre, etc.). En outre, lors de l'exécution de la tâche, il est nécessaire de pouvoir s'assurer du déroulement nominal de la tâche planifiée, en détectant l'occurrence de certains évènements critiques et nécessaires à sa réalisation (tels que l'interaction d'objets entre eux, la perte de stabilité de l'objet, etc.) puis en validant la réalisation effective de la tâche planifiée (via la classification de données permettant de caractériser le succès ou non de tâches telles que l'insertion ou l'assemblage). Ces étapes de détection et vérification, cruciales lorsqu'il s'agit de robotiser certaines tâches critiques exigeant un haut niveau de traçabilité, peuvent s'appuyer notamment sur l'analyse et la surveillance de données ou signaux propres au système considéré de manipulation. Le travail demandé exploitera un système expérimentale constitué d'une station bimanuelle, équipée notamment de deux préhenseurs pluridigitaux équipés de capteurs tactiles multimodaux développés par le CEA. Ce travail de thèse se décompose essentiellement en deux parties. La première partie consiste en l'utilisation de méthodes d'apprentissage, qui soient capables de tenir compte des capacités des manipulateurs pluridigitaux et des impératifs de la tâche, pour planifier la prise d'objets. La seconde partie de la thèse vise à exploiter certaines méthodes basée sur la classification de signaux tactiles et proprioceptifs du système pour valider l'accomplissement de la tâche.

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Les complexes à transfert de charge comme électrolyte de batterie lithium tout solide

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

Laboratoire Matériaux

Master 2 polymère / matériaux / formulation / électrochimie

01-10-2021

SL-DRT-21-0804

laurent.bernard3@cea.fr

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

Les accumulateurs lithium-ion ont permis le développement de l'électronique portable et du véhicule électrique. Ils sont particulièrement utilisés en raison de la densité d'énergie qu'ils sont capables de stocker pour un poids et un volume réduits. Le succès de ces systèmes et le développement de nouvelles applications (stockage des énergies renouvelables, objets connectés, ...) requièrent de nouveaux matériaux et de nouvelles technologies pour satisfaire les exigences en termes de densité d'énergie, de coût et de sécurité. Dans ce contexte, le remplacement des électrolytes liquides toxiques utilisés actuellement par des électrolytes solides est la prochaine étape. Plusieurs familles de matériaux sont étudiées à cet effet, chacune ayant ses avantages et ses inconvénients. Historiquement, le PEO est l'électrolyte solide le plus étudié mais sa conductivité ionique ne permet pas son utilisation dans des batteries à température ambiante. Une nouvelle classe de matériaux conducteurs ionique a récemment été découvert : les complexes à transfert de charges. Ces matériaux présentent des propriétés électrochimiques exceptionnelles pour un électrolyte solide en couplant : une conductivité égale ou supérieur à celle des électrolytes liquides à température ambiante, une large fenêtre de stabilité électrochimique et un nombre de transport élevé. Ces matériaux peuvent aussi se mettre en forme facilement, permettant d'envisager une montée à l'échelle rapide au niveau industriel. Dans cette thèse on se propose d'étudier cette nouvelle classe de matériau. Les objectifs principaux de l'étudiant(e) seront de formuler ces matériaux (polymère ou non), d'étudier leurs propriétés physico chimiques (via DSC, ATG, HPLC-MS, RMN, IR, spectroscopie UV-Vis ?) et de déterminer les paramètres influençant les propriétés électrochimiques ( EIS/ conductivité du lithium, stabilité électrochimique, nombre de transport, cyclage). Enfin, un travail important de caractérisations avancées est envisagé afin de déterminer le mécanisme de conduction du lithium dans les complexes à transfert de charge. Des accès aux grands instruments (ILL/ESRF) sont envisagés à cette fin. Le doctorant travaillera dans les laboratoires du département avec un travail important sous atmosphère inerte. Il travaillera ponctuellement dans les salles anhydres du laboratoire pour la mise en forme de ces matériaux. Il apprendra l'électrochimie, l'élaboration de batteries lithium-ion, leur caractérisation électrochimique, l'extrusion de polymère ? Le/la candidat(e) titulaire d'un master/ diplôme d'ingénieur devra avoir acquis au cours de sa formation des connaissances avancées en chimie des matériaux (organique, polymère) et/ou formulation et/ou électrochimie. Par ailleurs, le/la candidat(e) devra idéalement pouvoir : travailler en autonomie sur son projet de recherche, participer à des séminaires techniques/conférences et participer à la vie du laboratoire.

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Systèmes embarqués Edge-AI autonomes pour la protection de la biodiversité

Département Systèmes (LETI)

Laboratoire Autonomie et Intégration des Capteurs

Ingénieur M2 Electronique, Systèmes Embarquées, Traitement du Signal

01-10-2021

SL-DRT-21-0808

esteban.cabanillas@cea.fr

Systèmes cyberphysiques - capteurs et actionneurs (.pdf)

Dans le cadre du développement technologique pour la protection de la biodiversité, les outils de mesure permettant de quantifier précisément l'impact des activités humaines (agriculture, éoliennes, antennes, étalement urbain,?) et des stratégies mises en oeuvre pour la protection de la biodiversité restent à développer. La thèse proposée a pour objectif de remédier à ce manque en proposant de développer un système électronique embarqué autonome et fiable permettant de surveiller et quantifier la biodiversité. La thèse s'appuiera sur des solutions technologiques avancées mettant en oeuvre de l'intelligence artificielle embarquée (edge AI), de la récupération et de la gestion d'énergie (modules photovoltaïques, batterie, circuit de gestion d'énergie), du traitement de données provenant de différents capteurs (audio, vidéo) ainsi que de l'électronique basse consommation (hardware et firmware) notamment pour les aspects traitement de l'information et communication. Le coeur de la thèse portera donc sur la minimisation de la consommation énergétique hardware et firmware des systèmes électroniques embarqués implémentant de l'intelligence artificielle et visant l'application "surveillance et protection de la biodiversité". Un dispositif électronique complet (hardware + firmware) mettant en oeuvre ces innovations et déployé en situation réelle est attendu pour la fin de la thèse.

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Nouvelles topologies de circuits intégrés exploitant des composants capacitifs innovants sur silicium

Département Composants Silicium (LETI)

Laboratoire Stockage et Microsources d Energie

microélectronique, électronique, physique

01-10-2021

SL-DRT-21-0814

sami.oukassi@cea.fr

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

L'objectif de cette thèse est de d'évaluer l'intérêt des capacités hybrides sur silicium développées au LETI comme composants dans de nouvelles architectures de circuits de conversion d'énergie intégrés. Les capacités hybrides présentent une combinaison de propriétés uniques en termes de densité énergétique (stockage ionique de l'ordre de 40 mJ/mm3) et de réponse fréquentielle (stockage diélectrique démontré jusqu'à 30 GHZ), avec une réalisation technologique sur silicium en 200 mm. Il est proposé dans le cadre de ce projet de concevoir des circuits de conversion d'énergie, par exemple de type convertisseur DCDC à découpage capacitif exploitant les qualités intrinsèques de la capacité hybride développée au LETI.

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Raisonnement qualitatif et conception de systèmes complexes

Département Ingénierie Logiciels et Systèmes (LIST)

Labo. ingénierie des langages exécutables et optimisation

MASTER 2 - DIPLOME D'INGENIEUR en informatique

01-04-2021

SL-DRT-21-0823

jean-pierre.gallois@cea.fr

Simulation numérique (.pdf)

La conception de systèmes complexes est une activité qui touche de nombreux domaines industriels ou de recherche. Cela implique une difficulté de modélisation et de simulation par la nature hétérogène des données impliquées, avec des aspects discrets et continus. Deux approches sont possibles. Les méthodes quantitatives, dont les analyses sont numériques, sont les plus utilisées : leurs résultats sont précis mais elles sont très consommatrices de temps et de ressources. Les méthodes qualitatives reposent sur une interprétation symbolique des modèles, et peuvent être utilisées sans connaître tous les paramètres numériques, en s'appuyant sur des relations de dépendance entre variables. Elles sont moins précises mais peuvent s'appliquer très tôt dans la phase de conception et peuvent servir à orienter les simulations numériques en fonction des objectifs à atteindre et améliorer les résultats de certaines analyses (preuves, optimisation, etc.). Les travaux déjà effectués au laboratoire LIDEO du CEA LIST sur la modélisation et la simulation qualitative seront enrichis par l'intégration de concepts de la physique naïve et du raisonnement de sens commun pour aboutir à une démarche plus proche des concepts métiers. Les résultats seront appliqués pour la modélisation, la simulation mais aussi pour l'optimisation sur des cas d'études représentatifs d'exemples industriels.

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Exploration de techniques d'apprentissage pour ?Edge AI" exploitant les Resistive RAM

Département Systèmes et Circuits Intégrés Numériques

Laboratoire Systèmes-sur-puce et Technologies Avancées

Master / ingénieur en électronique

01-09-2021

SL-DRT-21-0825

Francois.RUMMENS@cea.fr

Data intelligence dont Intelligence Artificielle (.pdf)

Les implémentations matérielles classiques de réseaux de neurones artificiels ayant été développées pour tourner uniquement sur des gros calculateurs, elles ne répondent pas aux exigences de frugalité du monde de l'électronique embarquée. Au contraire, une combinaison de solutions calculatoires analogiques ou mixtes et de l'usage de technologies mémoire émergente peut, elle, permettre de satisfaire le besoin de très faible consommation des systèmes embarqués. Cette combinaison permet également d'envisager d'embarquer non seulement l'inférence mais aussi l'algorithme d'apprentissage sur puce. Cette avancée, quasi-inatteignable via des approches classiques, permettra au système de s'adapter en totale autonomie aux variations statistiques des entrées, de réduire la taille du réseau de neuronne et de traiter sans diffusion des données privées. Les approches actuelles utilisent généralement des algorithmes d'apprentissage incompatibles avec les comportements physiques non-idéaux des mémoires résistives. Cette thèse a pour objectif d'explorer diverses solutions algorithmiques d'inférence et d'apprentissage pour proposer des architectures de réseaux de neurones plus adaptées à la réalité des technologies de mémoire résistive développées au LETI.

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Étude de la fiabilité des photo-détecteurs à avalanche 3D

Département Composants Silicium (LETI)

Laboratoire de Caractérisation et Test Electrique

microelectronique , optronique

01-10-2020

SL-DRT-21-0830

jean.coignus@cea.fr

Photonique, imageurs et écrans (.pdf)

STMicroelectronics développe de nombreuses technologies CMOS destinées à l'imagerie. L'essor et la démocratisation des capteurs d'image entrainent une diversification des usages technologiques tels que l'imagerie à haute résolution et la télémétrie à usage domestique et pour l'automobile. Un des enjeux est de répondre aux besoins du marché et de s'adapter à la concurrence en améliorant sans cesse les performances et la fiabilité des dispositifs. L'objectif de cette thèse est d'étudier et de modéliser la fiabilité des photodétecteurs à avalanche pour la détection de photon unitaire. Le principe de ce capteur réside dans la capacité à mesurer le temps de transit entre une source optique et le détecteur, de quelques centimètres à plusieurs dizaines de mètres tout en étant insensible à la lumière environnante. Une matrice constituée de milliers de pixel permet de restituer une image 3D fidèle de la cible. A ce jour, de premiers essais montrent que le détecteur se dégrade au cours du temps, conduisant en une perte de sensibilité et en la dégradation de la précision de mesure. Quantifier ces effets et comprendre ces dérives est absolument nécessaire pour améliorer le procéder de fabrication et développer un modèle prédictif de fiabilité. La thèse se focalisera à part égale entre la fiabilité d'un pixel unitaire et la fiabilité d'une matrice de pixels, ceci pour se rapprocher de la fiabilité produit. Le candidat s'appuiera un ensemble d'outils de caractérisation, de mesure de la fiabilité, ainsi que sur des outils de modélisation et simulation développés chez STMicroelectronics.

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Circuit intégré pour l'ajustement électromécanique de la dynamique de dispositifs MEMS

Département Composants Silicium (LETI)

Laboratoire Gestion de l'Energie, Capteurs et Actionneurs

Nous recherchons un étudiant diplômé de Master 2 ou Ecole d'ingénieur avec un profil « électronique analogique » et/ou « microélectronique », motivé à appréhender un sujet à cheval entre circuit et composant alliant mécatronique, conception de circuits.

01-09-2021

SL-DRT-21-0837

gael.pillonnet@cea.fr

Systèmes cyberphysiques - capteurs et actionneurs (.pdf)

Au cours de sa thèse, le doctorant aura à explorer et à évaluer les possibilités d'ajustement par effet de couplage électromécanique entre un dispositif MEMS et son interface électrique. Pour évaluer divers dispositifs, l'étudiant aura accès à des caractérisations électriques et des modélisations préliminaires de différents MEMS développés dans les salles blanches de notre institut de recherche, notamment les dispositifs dits PMUT. Le doctorant pourra également s'inspirer de techniques d'ajustement déjà éprouvées par notre équipe de recherche sur des résonateurs macroscopiques à transduction. Une revue de l'état de l'art international et les contraintes industrielles glanées dans notre environnement collaboratif industrie/recherche permettront également de positionner habillement notre recherche. Le doctorant sera en charge de choisir un niveau de modélisation et de mettre en place un environnement de simulation permettant de prédire les performances de diverses techniques d'ajustement sur l'ensemble de la chaine (du dispositif au circuit). Il prédira notamment l'impact de l'application de champs électriques et/ou magnétiques par l'intermédiaire de tension et courant fournis par l'interface électrique sur différents dispositifs. Par exemple, il combinera de façon avantageuse les concepts d'inversion de charges dans un matériau piézoélectrique, la mise en court-circuit ou circuit-ouvert notamment, pour émuler des charges électriques actives et réactives, qui moduleront la raideur et la masse intrinsèques du résonateur mécanique. Il pourra proposer la modification des dispositifs MEMS (ajout d'électrodes, géométrie maximisant le couplage, matériaux plus adaptés) en collaboration avec des technologues pour explorer une co-optimisation dispositif/circuit la plus adaptée, au moins au niveau simulation. L'aspect de l'auto-ajustement de ces techniques sera également abordé. En fonction des résultats, une ou plusieurs techniques seront identifiés pour leurs pertinences. Elles feront l'objet d'une implémentation en circuit intégré en technologie CMOS. Le doctorant aura en charge la spécification de l'ensemble des sous-blocs constituant la technique (détecteur de tension, étage de commutation, amplificateur?) et réalisera la conception « au niveau transistor ». Le circuit sera fabriqué par un sous-traitant sur une technologie CMOS à maturité industrielle. L'étudiant concevra la carte, conduira les caractérisations électriques du circuit et mettra en ?uvre l'assemblage MEMS/circuit pour prouver expérimentalement l'intérêt des techniques sélectionnées. Le déroulement de la thèse suit un schéma en boucles itératives d'apprentissage (matériau, composant, circuit, caractérisation électrique, modélisation), dont le nombre d'itération sera fonction de l'avancement du travail du candidat sur trois ans, de la fabrication des échantillons, et de l'évolution des dispositifs en salle blanche. Des dispositifs macroscopiques, s'approchant des propriétés des dispositifs MEMS visés en premier ressort, pourront être envisagés pour arriver à une expérimentation couplant dispositif et circuit. Le point de départ sera construit autour de la génération actuelle de composants MEMS pour étendre les caractérisations et construire un macro-modèle qui permettra d'explorer différentes topologies de circuits d'interface. Le doctorant développera ses compétences en conception de circuits intégrés (approximativement 50%), en mécatronique (30%) et en procédé microélectronique (20%) dans un schéma de thèse de conception de circuit proche du dispositif à contrôler. Il sera intégré dans un laboratoire spécialisé en intégration d'interfaces capteurs. Il devra présenter un excellent niveau scolaire et avoir des notions en électronique analogique. La connaissance des procédés microélectroniques et des outils de conception de circuits intégrés seraient des atouts. Enfin, il présentera une bonne capacité de travail personnel, un goût prononcé pour le travail en équipe, et une motivation pour les challenges techniques.

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Prédiction de la durée de vie des électrolyseurs PEM par modélisation multi-physique

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

Laboratoire Modélisation multi-échelle et suivi Performance

Ecole ingénieur/master électrochimime, modélisation multi-physique

01-10-2021

SL-DRT-21-0838

pascal.schott@cea.fr

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

La diminution du coût des électrolyseurs PEM reste encore un des principaux objectifs pour atteindre une commercialisation importante de cette nouvelle technologie pour la transition énergétique (production d'hydrogène décarboné). La fabrication des assemblages membrane électrode (AME) doit également être optimisé pour atteindre des larges volumes de fabrication avec une haute qualité. Le NREL (National Renewable Energy Laboratory), optimise les matériaux et design des électrolyseurs pour augmenter la durée de vie. L'évaluation de ces améliorations est très difficile car la durée de vie de 80000 heures est peu compatible avec des campagnes de tests expérimentaux. L'utilisation de modèle multi-physique et de simulation numérique est nécessaire pour comprendre, évaluer et prédire les performances et durée de vie des électrolyseurs. L'objectif de cette thèse est d'améliorer la compréhension et la prédiction de la durée de vie sur des électrolyseurs PEM. La plateforme MUSES de modélisation multiphysique et multiéchelle du CEA sera couplée à des analyses sur la base de données des essais expérimentaux du NREL. En particulier les points suivant seront adressés par simulation : ? Analyse statistique des données expérimentales du NREL pour corréler les mécanismes de dégradation au conditions opératoires ; ? Développement des modèles de dégradation de catalyseur et de la membrane, à partir de modèles existant au CEA ; ? Validation des modèles de vieillissement sur des données expérimentales dédiées ? Proposition de cycles de dégradation accélérés pour les électrolyseurs PEM La thèse sera localisée au CEA Grenoble, avec plusieurs missions de plusieurs mois au NREL, au Colarado USA, à prévoir.

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Au-delà de Shannon avec les communications sémantiques pour les réseaux et services 6G

Département Systèmes (LETI)

Laboratoire Sans fils Haut Débit

M2 Profil télécom, computer science et mathématiques appliquées

01-06-2021

SL-DRT-21-0844

emilio.calvanese-strinati@cea.fr

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

Les communications mobiles du futur seront caractérisées par une disponibilité de connexion omniprésente, des réseaux très denses en termes d'utilisateurs et de points d'accès, une latence ultra faible, une bande très large et une bonne efficacité énergétique. La révolution des futures réseaux 6G sera rendue possible par des innovations technologiques de pointe, concernant les communications radio en ondes millimétriques, l'architecture bande de base et RF, la virtualisation des ressources, ainsi que l'inclusion native de l'intelligence artificielle. Dans les travaux de thèse proposés, le candidat cherchera des solutions innovantes pour appliquer les concepts très récentes de communication sémantique et de communication avec but aux futures réseaux et services 6G, et donc aller au-delà du mantra de Shannon. Le travail se concentrera sur la conception d'algorithmes pour une implémentation proactive et dynamique des communications sémantiques permettant de maximiser l'efficacité de bout en bout de l'allocation des ressources. Des techniques d'apprentissage distribué seront investiguées et proposées.

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Conception de circuits intégrés pour la gestion de l'énergie

Département Composants Silicium (LETI)

Laboratoire Gestion de l'Energie, Capteurs et Actionneurs

Master 2 ou Ingénieur en "électronique", spécialité "circuits intégrés"

01-09-2021

SL-DRT-21-0846

alexandre.giry@cea.fr

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

L'arrivée de nouvelles techniques de modulation pour les nouvelles générations de standard de communication sans-fil (5G/6G, WiFi6/7,?) entraînent une augmentation du facteur de crête et de la rapidité du signal de transmission radiofréquence. Afin de garantir une puissance émise avec une distorsion maitrisée, un amplificateur de puissance radiofréquence de type « linéaire » pilote l'antenne. Mais, celui-ci présente un rendement énergétique qui diminue drastiquement avec l'introduction de ces nouveaux standards car il dépend au 1er ordre du facteur de crête du signal. Ce rendement est une performance prioritaire dans les systèmes à stockage d'énergie contrainte, comme le téléphone portable. Depuis plusieurs années, cet amplificateur est accompagné d'un convertisseur DC-DC qui gère le niveau de son alimentation. Il a pour objectif de moduler la tension d'alimentation afin de réduire les pertes énergétiques dans l'amplificateur de puissance radiofréquence. Malgré la perte apportée par l'alimentation, la consommation globale du système alimentation/amplificateur est diminuée. Cependant, les nouvelles contraintes de modulation dans les nouveaux standards (facteur de crête, dynamique, puissance?) rendent ces architectures d'alimentation « compagnon » peu efficaces. La topologie de l'alimentation et son couplage à l'amplificateur doivent être revus pour proposer des solutions de gestion de l'énergie efficaces, compactes et rapides. Le sujet de thèse se rapporte à cette problématique : comment envisager des alimentations dynamiques et efficaces pour des amplificateurs de puissance radiofréquences à forte efficacité énergétique dans le cadre de modulations rapides et à forte dynamique ? Le cadre normatif des applications mobiles 5G/6G permettra d'encadrer les objectifs quantitatifs. Les ordres de grandeurs sont les suivants : quelques Watt en puissance, quelques volts en tension d'alimentation, une dizaine de décibels en facteur de crête, quelques centaines de MHz de bande passante, quelques mm2 de circuits, et un recours parcimonieux aux composants externe au circuit intégré. Le doctorat aura notamment en charge l'exploration de diverses topologies de convertisseur DC-DC pour la modulation d'enveloppe de l'alimentation de l'amplificateur de puissance radiofréquence, notamment en bénéficiant des approches massivement entrelacées permises dans un contexte d'intégration Silicium. La vitesse de modulation d'enveloppe, tout en gardant un rendement de conversion élevé, sera étudiée par l'introduction d'architecture hybride, mixant régulateur linéaire et convertisseur à découpage, inspirée de l'état de l'art. La boucle de contrôle générant de multiples chemins de puissance sera également une clef nécessaire pour atteindre les spécifications électriques ambitieuses du système complet. Afin de bénéficier d'un avantage comparatif, le doctorant complétera, par une étude théorique, l'apport de composants passifs sur Silicium développés dans les salles blanches du Léti. Le doctorant aura aussi à prendre en compte l'évolution des normes, des technologies de circuits intégrées et des passifs, de leur encapsulation sur la durée de la thèse, à participer de façon indirect à des projets à visé applicative et commerciale, à élaborer des stratégies de tests électriques.

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Traitement intégré pour la lecture massive de bits quantiques

Département Composants Silicium (LETI)

Laboratoire Gestion de l'Energie, Capteurs et Actionneurs

Master 2 (université ou école d'ingénieur), avec des connaissances en conception de circuits intégrés analogiques/mixtes et en microélectronique. Des bases en physique des semi-conducteurs seraient un plus.

01-10-2021

SL-DRT-21-0849

adrien.morel@cea.fr

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

Les récentes avancées sur les bits quantiques (Qubits) de spin d'électron offrent des perspectives d'intégration massives de Qubits afin de former les briques de base du futur ordinateur quantique. La polarisation individuelle des boites quantiques, la manipulation sélective de certains spins et la lecture de l'ensemble de la matrice sont des enjeux actuels générant un rapprochement fertile entre la communauté des physiciens et des micro-électroniciens. Les verrous identifiés sont notamment la vitesse et la fidélité de la lecture, la mutualisation des connexions limitées dans les cryostats, et le budget de consommation réduit pour le système électronique de lecture. Afin de faire face à ces verrous, l'activité de recherche de notre groupe s'articule autour de la conception de l'électronique proche Qubit, ce qui est une étape indispensable afin de concevoir un c?ur de calcul quantique composé de plusieurs milliers voir millions de Qubits. Cette thèse s'inscrit dans la thématique de l'ingénierie quantique afin de proposer des architectures intégrées de lecture de bits quantiques. A l'aide de modèles compacts de Qubits, de Single Electron Transistors, et de dispositifs quantiques, le/la doctorant.e participera à la conception en technologie 28nm d'une chaine complète de lecture permettant de lire l'état d'une matrice entière de qubits à température cryogénique. Le/la doctorant.e étudiera au niveau système (Matlab, Simulink) les architectures de chaines de lectures, et concevra ensuite les fonctions nécessaires à la réalisation d'une ou plusieurs chaines (TIA, amplificateurs, mixeurs, intégrateurs, oscillateurs, etc.) en électronique intégrée sous Cadence Virtuoso. Avec le support de l'équipe de micro-électroniciens du CEA-Léti, il/elle aura l'occasion d'explorer des architectures innovantes mêlant comportements quantiques et microélectronique mixte. Les circuits ainsi conçus seront ensuite testés expérimentalement sur dispositifs quantiques à température cryogénique (<4K) avec le support de la plateforme cryogénique de l'INAC et de l'institut Néel. Les compétences développées seront les suivantes : physique quantique (10%), modélisation semi-conducteur à basse température (10%), électronique analogique et mixte CMOS (40%), caractérisations cryogéniques (30%), rédaction de publications scientifiques (10%). Si vous êtes intéressé.e, merci d'envoyer votre CV et lettre de motivation à adrien.morel@cea.fr [1] M. Zurita, L. Le Guevel, G. Billiot, A. Morel, X. Jehl, A.G.M. Jansen, G. Pillonnet, " Cryogenic Current Steering DAC With Mitigated Variability ", Solid-State Circuits Letters, in press. [2] L. Le Guevel et al., " A 110mK 295µW 28nm FDSOI CMOS Quantum Integrated Circuit with a 2.8GHz Excitation and nA Current Sensing of an On-Chip Double Quantum Dot ", ISSCC 2020, pp. 306-308, 2020. [3] L. Le Guevel, G. Billiot, S. De Franceschi, A. Morel, X. Jehl, A.G.M. Jansen, G. Pillonnet, " Compact gate-based read-out of multiplexed quantum devices with a cryogenic CMOS active inductor ", in press.

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Etude de la rémanence des imageurs swir MCT pour l'observation de la terre depuis l'espace

Département d'Optronique (LETI)

Laboratoire d'Imagerie IR

Physicien solide, Electronicien

01-10-2021

SL-DRT-21-0855

nicolas.baier@cea.fr

Photonique, imageurs et écrans (.pdf)

La détection infrarouge est un enjeu majeur pour les missions spatiales scientifiques en cours et futures sur les thématiques de chimie de l'atmosphère (par exemple la mission MicroCarb de mesure du CO2 dans l'atmosphère), et sciences de l'Univers (par exemple la Mission Ariel d'observation des atmosphères des exoplanètes). Les détecteurs infrarouges sont au c?ur de la performance des instruments. La technologie la plus utilisée pour les détecteurs est une technologie hybride à base de circuit de détection exploitant le matériau semi-conducteur HgCdTe adapté pour la détection des photons infrarouges et un circuit de lecture Asic silicium. Cette technologie, initialement mise au point au CEA LETI, a été ensuite transférée à la société Lynred pour qualification et production. Les précisions de mesure recherchées sur les missions scientifiques requièrent une étude approfondie des biais détecteur susceptibles de dégrader la performance. Parmi ces biais, le phénomène de rémanence détecteur limite les performances des instruments actuels. En effet, à la manière de l'?il humain face au soleil, la trace des images précédentes est parfois visible sur les images délivrées par la rétine. Cet effet est dans la plupart des cas lié à la physique du semi-conducteur du circuit de détection (généralement attribué à des phénomènes de charge-décharge). Cette persistance étant difficilement calibrable, idéalement, on cherchera à supprimer ou minimiser ce phénomène par des modifications de procédés dans la fabrication de la couche détectrice. Ceci passe par une caractérisation et une compréhension des phénomènes physiques liés au mécanisme de la rémanence. Dans le cadre de projets de recherche précédents, le LETI a développé un banc de test spécifique pour la caractérisation de cette persistance pour les rétines d'observation astronomique et d'observation de la terre depuis l'espace. Le travail de thèse proposé porte sur plusieurs axes : un axe caractérisation de détecteurs existants dans l'objectif de mieux comprendre les phénomènes physiques en jeu, la simulation des phénomènes physiques observés, la proposition d'action correctives technologiques en collaboration avec la société Lynred qui industrialise ces détecteurs, l'expérimentation des solutions technologiques et enfin leur validation.

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Influence du procédé de fabrication d'électrodes de batterie sur les caractéristiques d'électrodes et les performances électrochimiques

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

Laboratoire Prototypage et Procédés Composants

Chimie/Physique des matériaux, Electrochimie, Rhéologie des fluides

01-10-2021

SL-DRT-21-0856

benoit.chavillon@cea.fr

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

Depuis quelques années, les procédés de fabrications d'électrodes de batteries sont immuables. En effet les électrodes sont fabriquées par enduction sur collecteur. Les électrodes enduites sont alors calandrées pour obtenir la porosité d'électrode visée. Ainsi, des formulations bien maitrisées existent et peuvent s'adapter à beaucoup de matériaux actifs. Une fois calandrées et assemblées en batteries, les électrodes permettent d'obtenir des cellules qui peuvent subir des tests en laboratoire. Malgré cela, l'émergence de nouveaux matériaux induit parfois des difficultés d'obtention d'électrode homogènes. Ainsi,le but de la thèse est de faire une étude complète de l'influence de chacun des composants et des paramètres de fabrication/post fabrication sur l'électrode. Cette étude est menée dans le but de pouvoir trouver des lois de comportement et d'influence des matériaux pour s'adapter à chacun des composants introduits dans l'électrode sans passer par une étude paramétrique. Cette étude pourra ensuite utiliser ces nouvelles connaissances pour pouvoir développer des formulations spécifiques aux nouvelles propriétés de cellules désirées en ce moment telle que la charge rapide. L'ensemble des moyens disponibles au CEA et chez les partenaires concernant les batteries/rhéologie seront utilisés tels que mélangeur à dispersion, mélangeur planétaire pour les encres, différents moyens d'enductions et de calandrage d'électrode, possibilité d'étendre l'étude à des moyens d'extrusions d'électrode,la rhéologie simple et rhéomètre capillaire, des bancs de cyclage et des potentiostats, DRX, MEB, Raman, MET, porosimètre, mesure de surface spécifique, ? Le financement de ce sujet est encore en cours de montage.

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MATERIAUX D'ELECTROLYTE AVANCES PAR ALD POUR COMPOSANTS IONIQUES

Département des Plateformes Technologiques (LETI)

Laboratoire

matériaux, microélectronique, couches minces

01-09-2021

SL-DRT-21-0857

messaoud.bedjaoui@cea.fr

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

L'objectif principal des travaux de thèse est d'explorer la faisabilité de nouvelles couches ioniques ultraminces déposées par ALD (Atomic Layer Deposition). Ces couches trouvent un intérêt applicatif comme diélectrique haute performance pour certains composants microélectroniques comme les capacitances hautes densités ou les transistors synaptiques pour le neuromorphique. Le travail préliminaire tachera de sélectionner les couches les plus performantes en termes de conductivité ionique et de conductivité électrique réalisées par ALD (épaisseur ~20nm) par rapport à l'électrolyte solide de référence LiPON. L'un des challenges de ce travail de thèse consistera à adapter ces couches avec des structures 3D à fort aspect ratio (>200). L'autre challenge vise à réduire l'épaisseur des couches à moins de 5nm tout en préservant les propriétés électriques très avancées. Le travail de thèse comporte plusieurs aspects incluant le procédé et les précurseurs ALD, les couches intrinséques ainsi que l'intégration en dispositif 3D. Un focus particulier sera consacré à l'adaptation des moyens de caractérisation physico-chimiques, électrochimique et morphologique à ce type de couches.

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Conception de circuits intégrés dans des matrices de mémoires résistives pour l'amélioration de leurs performances

Département Composants Silicium (LETI)

Laboratoire de Composants Mémoires

étudiant diplômé de Master 2 ou Ecole d'ingénieur avec un profil « électronique analogique » et/ou « microélectronique », motivé à appréhender un sujet à cheval entre circuit et composant alliant mémoire, conception de circuits intégrés et caractérisatio

01-09-2021

SL-DRT-21-0859

gabriel.molas@cea.fr

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

La catégorie des mémoires dite « résistive », nommée en anglais RRAM (Resistive Switching Random Access Memories), est une alternative émergente et crédible pour le remplacement des plans mémoires non-volatile et à accès rapide (<µs), nécessaire à toutes architectures de calcul, notamment la partie actuellement implémentée avec des mémoires dites flash. Les RRAM codent les états logiques sous forme d'états résistifs distincts. Au-delà, de leurs performances sur le volet mémoire (temps d'accès, fiabilité, tension d'opération?), les mémoires RRAM présente d'autres caractéristiques (stockage d'énergie, multi-états) qui permet d'envisager des applications en rupture, notamment le calcul dans la mémoire, des réseaux de neurones, ou des modes duaux de rétention mémoire/énergie. Depuis plusieurs années, le CEA-Léti développe certaines sous-catégorie de RRAM (Re-RAM, Ox-RAM) et évalue l'impact des matériaux et des procédés microélectroniques sur leurs performances. Actuellement, la maturité de ces études au niveau du « dispositif unitaire » permet d'envisager une exploration des effets des circuits de commande qui gèrent principalement la programmation, l'effacement, la lecture, mais aussi dans les applications émergentes l'évaluation des réseaux de neurones, la gestion de la charge en mode batterie. Nos partenaires industriels s'impliquant sur ce sujet nous demandent également une démarche orientée « système matériel », incluant la partie dispositif, le plan mémoire mais aussi son inclusion au sein de son électronique périphérique, voir les algorithmes de bas niveau pour sa gestion. Le sujet de thèse contribuera à la construction de la vision « système matériel » des mémoires RRAM développées au CEA-Léti. Le doctorant aura notamment en charge l'exploration de diverses topologies de circuit proche mémoire pour la programmation, notamment par les transferts contrôlés de charge, de potentiel et/ou de courant. La maitrise de la formation du filament, créant les divers états résistifs, par le contrôle et l'adaptation dynamique et individuelle du temps de programmation est également des sujets qui demande la maitrise du volet dispositif mais aussi du volet circuit. En effet, les moyens de caractérisation sous pointe limite l'exploration de solutions de programmations et son étude statistique sur un plan mémoire. L'auto-ajustement des circuits de programmation entre les différents états (a minima SET et RESET) aux caractéristiques individuelles ou semi-collective de points mémoires est une voie prometteuse pour améliorer significativement les performances de la mémoire, notamment la variabilité des états résistifs. Le doctorant aura aussi à prendre en compte l'évolution de la technologie sur les trois ans, participer à l'élaboration des schémas de sélection des points mémoire dans le plan mémoire, élaborer des stratégies de tests électriques pour dégager des tendances statistiques. Le doctorant pourra s'inspirer de techniques actuellement développées par notre équipe de recherche. Une revue de l'état de l'art international et les contraintes industrielles glanées dans notre environnement collaboratif industrie/recherche permettront également de positionner habillement sa recherche. Le doctorant sera en charge de choisir un niveau de modélisation et de mettre en place un environnement de simulation permettant de prédire les performances de diverses techniques de programmation notamment, prenant en compte le dispositif et le circuit. Par exemple, il combinera de façon avantageuse les concepts de générateur de tension/courant, des contrôles de la cinétique (progressive, impulsionnelle), les limiteurs de tension et de courant, pour émuler des séquencements de programmation multiformes, collectif et/ou individuel, qui moduleront la forme des filaments des points mémoires. Il pourra proposer la modification des dispositifs mémoires (ajout d'électrodes, géométrie, matériaux plus adaptés) en collaboration avec des technologues pour explorer une co-optimisation dispositif/circuit la plus adaptée, au moins au niveau simulation. Afin de gérer la dispersion du procédé, l'aspect de l'auto-ajustement du circuit aux propriétés de chaque cellule mémoire sera également abordé. En fonction des résultats, une ou plusieurs techniques seront identifiés pour leurs pertinences. Elles feront l'objet d'une implémentation en circuit intégré en technologie CMOS. Le doctorant aura en charge la spécification de l'ensemble des sous-blocs constituant la technique (détecteur de tension, étage de commutation, amplificateur?) et réalisera la conception « au niveau transistor ». Le circuit sera fabriqué par un sous-traitant sur une technologie CMOS à maturité industrielle et sera co-intégré avec des plans mémoires fabriqués au CEA-Léti. L'étudiant concevra la carte, conduira les caractérisations électriques du circuit et mettra en ?uvre l'assemblage mémoire/circuit pour prouver expérimentalement l'intérêt des techniques sélectionnées. Le déroulement de la thèse suit un schéma en boucles itératives d'apprentissage (matériau, composant, circuit, caractérisation électrique, modélisation), dont le nombre d'itération sera fonction de l'avancement du travail du candidat sur trois ans, de la fabrication des échantillons, et de l'évolution des dispositifs en salle blanche. Le point de départ sera construit autour de la génération actuelle de composants mémoire pour étendre éventuellement les caractérisations et construire un macro-modèle qui permettra d'explorer différentes topologies de circuits d'interface. Le doctorant développera ses compétences en conception de circuits intégrés (approximativement 50%), en mémoire (30%) et en procédé microélectronique (20%) dans un schéma de thèse de conception de circuit proche du dispositif à contrôler. Il sera intégré à cheval entre trois laboratoires, deux orientés « composant » et l'autre « circuit ». Il devra présenter un excellent niveau scolaire et avoir des notions en électronique analogique et en procédés microélectroniques. La connaissance des outils de conception de circuits intégrés serait des atouts. Enfin, il présentera une bonne capacité de travail personnel, un goût prononcé pour le travail en équipe, et une motivation pour les challenges techniques. Les travaux de doctorat se dérouleront dans le cadre de la collaboration entre une équipe de concepteur de circuits intégrés et des technologues de mémoire sur Silicium, comblant respectivement le fossé entre la conception de circuits intégrés en technologie CMOS et l'expertise sur les dispositifs mémoire. Le doctorant interagira régulièrement avec l'équipe travaillant sur la technologie, pour mieux connaitre la fabrication des dispositifs, la caractérisation électrique, la modélisation, l'analyse des données et les simulations et l'interprétation physique. Le doctorant s'intégrera également avec l'équipe de concepteurs de circuits analogiques afin de proposer et de concevoir de nouvelles topologies de circuits intégrés pour l'implémentation de technique de programmation de mémoire. Les trois encadrants de la thèse Gabril MOLAS, Sami OUKASSI et Gaël PILLONNET (directeur de thèse) ont déjà des expériences reconnues et complémentaires en électronique analogique, procédé microélectronique, composants mémoires et électrochimie. Ce travail s'effectue dans une certaine continuité avec les travaux de thèse de Paola Trotti (soutenance prévue en 2021). De façon plus générale, le campus scientifique de MINATEC à Grenoble accueille 2 400 chercheurs, 1 200 étudiants et 600 experts en transfert de technologie sur 20 hectares à la pointe de la technologie avec 10 000 m² de salles blanches. Le candidat profitera de cet environnement scientifique unique et occupera un rôle clé dans l'investigation du couplage entre circuit et composant afin de proposer un système innovant en gardant un lien marqué avec des problématiques industrielles.

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Transmission de puissance sans fil par couplage inductif très haute fréquence à base de GaN

Département Systèmes (LETI)

Laboratoire Autonomie et Intégration des Capteurs

Ecoles d'ingénieurs ou M2 avec des composantes en électrotechnique, électronique de puissance et électromagnétisme.

01-10-2021

SL-DRT-21-0862

nicolas.garraud@cea.fr

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

Les technologies de transmission de puissance sans fil (TPSF) sont en plein essor avec des applications dans les domaines du spatial, de l'électronique grand public, du médical, de l'automobile ou encore de la défense. L'objectif de ces technologies est de transmettre de l'énergie électrique entre deux éléments sans utiliser de support matériel avec le maximum de rendement possible. La technologie de transmission de puissance par couplage inductif résonant semble la plus prometteuse en terme d'efficacité en champ proche. Cette thèse s'inscrit dans le développement des thématiques transmission de puissance sans fil et puissance du CEA-LETI à Grenoble. Dans ce contexte, l'objectif de la thèse est d'étudier, développer et tester les performances de cette technologie sur une plage de fréquence VHF (30-300 MHz) inexploitée dans la littérature, en intégrant une électronique de pilotage à base de transistors GaN. Le candidat sera amené à développer des modèles analytiques et numériques pour optimiser le coupleur électromagnétique, à comparer les performances des systèmes existants de la littérature, ainsi que proposer, développer et tester les performances de topologies innovantes à base de GaN. Le but final de la thèse est l'analyse et la compréhension des avantages et des limites de cette technologie par rapport aux plus basses fréquences traditionnellement utilisées. Un profil pluridisciplinaire orienté physique et électronique de puissance 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'équipes de chercheurs possédant de fortes compétences sur le développement et l'optimisation de systèmes de puissance et de transmission de puissance sans fil.

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Spécification et vérification multi-niveau de propriétés de cybersécurité pour les programmes C critiques

Département Ingénierie Logiciels et Systèmes (LIST)

Laboratoire pour la Sûreté du Logiciel

master analyse de programmes/ingénierie logicielle

01-09-2021

SL-DRT-21-0866

virgile.prevosto@cea.fr

Cybersécurité : hardware et software (.pdf)

Ce sujet s'inscrit dans la problématique de spécification et vérification de logiciels en visant en particulier les propriétés de cybersécurité. Les outils de vérification déductive permettent d'effectuer une preuve rigoureuse qu'un programme respecte les propriétés spécifiées. Le greffon WP de Frama-C vise la preuve des propriétes spécifiées en ACSL. Un autre greffon, MetAcsl, a été récemment développé pour faciliter l'expression et la vérification des propriétés de haut niveau, telles que les propriétés de cybersécurité (e.g. isolation, integrité, confidentialité). MetAcsl permet entre autres d'imposer des contraintes sur toutes les opérations d'écriture et de lecture. Cependant, la vérification des propriétés de haut niveau sur les logiciels industriels complexes est souvent confrontée à l'incapacité des outils automatiques à déduire les propriétés nécessaires. Cela est souvent dû à deux raisons. D'une part, les logiciels utilisent des opérations de bas niveau (e.g. opérations bit-à-bit, casts de pointeurs) qui rendent la preuve beaucoup moins efficace. D'autre part, la quantité et la complexité des propriétés indépendantes, notamment des invariants à maintenir sur les structures de données complexes, peuvent empêcher le prouveur de produire une preuve automatiquement. Ainsi, le prouveur se trouve incapable de déduire des propriétés logiquement correctes à cause d'un niveau de complexité élevé des propriétés. Cependant, on observe souvent qu'un sous-ensemble très limité de propriétés est réellement impacté par chaque fonction du code, alors que les autres propriétés sont juste maintenues et complexifient le contexte de preuve. Pour certaines propriétés impactées, leur préservation pourrait être établie plus facilement à un niveau plus abstrait. Par ailleurs, les propriétés spécifiées à un niveau plus abstrait ont l'avantage d'être plus faciles à comprendre et diminuent le risque d'erreur de spécification pour l'ingénieur vérification. De même, un modèle abstrait exécutable peut être animé et évalué plus facilement par rapport au codé réel. Cette thèse vise à développer une démarche de spécification et de vérification multi-niveau pour les programmes C. Dans cette démarche, une partie des propriétés logiques seront vérifiées sur une version abstraite du logiciel à prouver. La version abstraite sera représentée par un code C plus simple à analyser (faisant abstraction de certaines fonctions, de certaines variables, ou en simplifiant leur représentation par rapport au code réel), encodant par exemple un système de transitions, tout en restant représentatif par rapport aux propriétés à prouver. S'inspirant des techniques de raffinement connues (par exemple pour les machines B), le lien entre le système abstrait et le code réel sera rigoureusement établi afin d'assurer la correction de la démarche. Ainsi, la preuve du code réel sera facilité: il suffira de vérifier que le code réel respecte les propriétés de raffinement pour déduire certaines propriétés complexes sans devoir les prouver sur le code réel. La spécification et la vérification des propriétés de raffinement pourra notamment s'appuyer sur MetAcsl. Par exemple, le maintien des propriétés non impactées pourrait être déduit plus facilement quand le code ne modifie pas leur empreinte mémoire, c'est-à-dire, les variables impliquées dans l'expression de la propriété. Une première étape de la thèse consistera à concevoir une démarche de spécification d'un système abstrait adapté pour un logiciel réel. Il s'agira de définir un lien entre les données et les fonctions des deux systèmes et leurs propriétés. Il faudra également définir les propriétés de raffinement qui permettront d'assurer les propriétés sur le système réel. La technique proposée devra être adaptée à la fois aux logiciels industriels complexes (avec des structures de données optimisées, de bas niveau, avec plusieurs invariants à préserver) et aux propriétés de cybersécurité. Pour garantir son applicabilité sur les logiciels industriels existants, elle pourra s'appliquer de bas en haut, en partant d'une implémentation réelle existante en visant les propriétés et les fonctions dont le preuve nécessite réellement cette démarche. Elle devra notamment permettre l'utilisation de plusieurs abstractions possibles pour prouver différentes propriétés (typiquement, impactées par des ensembles de fonctions différentes). Par exemple, on peut vouloir vérifier le mécanisme de création des objets (ou de tâches dans un micronoyau) avec un modèle abstrait différent par rapport au mécanisme d'exécution des tâches ou de contrôle des droits d'accès. Enfin, elle pourra s'appuyer sur MetAcsl pour assurer les propriétés de raffinement sur le code réel. Une deuxième étape consistera à automatiser cette démarche en développant un outil dédié. Enfin, ces nouveaux mécanismes seront évalués sur des études de cas open-sources ou issues de projets industriels.

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