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Nos Thèses par thème

Sciences pour l'ingénieur >> Matériaux et applications
8 proposition(s).

Grandes centrales photovoltaïques (P>1MW) haute tension

Département des Technologies Solaires (LITEN)

MASTER RECHERCHE / ECOLE D'INGENIEURS

01-01-2019

SL-DRT-19-0060

jeremy.martin@cea.fr

Les développements récents en matière de semi-conducteurs haute tension au Carbure de Silicium ouvrent des perspectives d'innovations majeures pour les technologies de centrales PV. L'INES souhaite se positionner sur la faisabilité d'une montée en tension des centrales de forte puissance fonctionnant sous une tension au-delà de 1500V. Les futures innovations technologiques devront permettre une réduction du coût par kWh produit (?/kWh). L'objectif de ce travail sera d'évaluer les performances des architecture photovoltaïques haute tension dans la limite de la tenue en tension des interrupteurs à base de semi-conducteurs du commerce (10kV). Une deuxième étape consistera à sélectionner l'architecture la plus intéressante et de construire un prototype à puissance réduite de la technologie.

Matrice de nanocapteurs flexibles pour mesures d'impact sur surfaces tactiles

Département Systèmes

Laboratoire Autonomie et Intégration des Capteurs

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

01-09-2019

SL-DRT-19-0434

elise.saoutieff@cea.fr

Le CEA a mis au point un nanocapteur 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 de développer l'électronique d'interrogation d'une matrice de capteurs, tactile et déformable, obtenue par l'assemblage et l'intégration d'une multitude de ces capteurs dans un substrat souple. Cette surface tactile doit permettre de restituer les efforts/déformations appliqués en chacun de ses points par une structuration particulière de la surface et une électronique de lecture dédiée. Cette technologie a fait l'objet de plusieurs développements, dont une thèse, en interne CEA et avec des collaborations extérieures. Le candidat concevra l'électronique d'interfaçage avec la matrice de capteurs (multiplexage des signaux lignes / colonnes, filtrage, amplification, rapport signal/bruit, consommation) pour la détection et la reconstruction en temps réel des signaux piézoélectriques (transitoires) émis par les capteurs. Il s'appuiera sur une première version de l'électronique développée au laboratoire et sur l'expérience de ses encadrants pour définir une architecture originale, rapide et faible consommation, pour le système global. Concernant les questions de recherche, des efforts de compréhension et d'optimisation sont encore à poursuivre, notamment pour modéliser la physique aux différentes interfaces (fonctions de transfert), la physique des nanofils (couplage fort piézoélectrique / semiconducteur), les modes de détection statique / dynamique ou encore traction / compression. 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 doivent notamment permettre d'orienter les choix technologiques pour le dimensionnement de la matrice « idéale » en fonction de l'application visée. 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. Enfin, les effets de la température ou du couplage piézoélectrique/pyroélectrique sur le comportement physique (et électronique) du capteur pourront être étudiés. Les applications visées sont typiquement la peau électronique pour la robotique, la reconnaissance de texture, de forme, de geste, de posture, les interfaces tactiles intégrant notamment la mesure d'effort multipoints et multi-directions et la mesure des efforts en glissement.

Etude par microsocpie electronique en transmission des phases aux joints de grains dans les aimants NdFeB pour optimiser leurs propriétés magnétiques

Département des Technologies des NanoMatériaux (LITEN)

Laboratoire de Nanocaractérisation et Nanosécurité

Science des matériaux

01-10-2019

SL-DRT-19-0571

laure.guetaz@cea.fr

Le déploiement des énergies renouvelables ainsi que la volonté de réduire nos émissions de CO2 dans le transport vont impliquer une utilisation de plus en plus massive d'aimants permanents employés dans les machines électriques. Or, les aimants les plus performants utilisent des matériaux critiques (Dy,Tb). L'optimisation de la microstructure est largement reconnue comme étant le levier principal pour limiter le recours à ces matériaux critiques. La connaissance de la chimie au voisinage des joints de grains et l'identification des phases intergranulaires deviennent ainsi indispensables pour mieux comprendre leurs propriétés magnétiques puis maitriser les procédés de synthèse des aimants. L'objectif principal de cette thèse sera d'étudier la microstructure des aimants développés au CEA-Grenoble et en particulier de caractériser finement les phases intergranulaires. Pour cela le/la thésarde utilisera les différents moyens de la plateforme de nano-caractérisation (PFNC). En particulier, il/elle utilisera les techniques de microscopie électronique avancées telles que la nanodiffraction ou le STEM/HAADF (scanning transmission electron microscopy/high angle annular dark field) couplé à l'X-EDS (Xray energy dispersive spectroscopy) qui permettent de déterminer la structure et de la chimie des matériaux à l'échelle atomique. Dans un second temps, ayant identifié la nature des phases aux joints de grains, il/elle sera amené(e) à simuler les propriétés magnétiques de l'alliage. Ce travail mené en étroite collaboration avec l'équipe d'élaboration permettra finalement d'optimiser les compositions et les paramètres d'élaboration des aimants.

Développement de la coercitivité dans les alliages de type TRFe12 pour aimants à faible teneur en terres rares

Département des Technologies des NanoMatériaux (LITEN)

Laboratoire Matériaux Avancés et mise en forme

Science des Matrériaux

01-10-2019

SL-DRT-19-0606

sorana.luca@cea.fr

Dans un contexte de développement important des moteurs et des générateurs à base d'aimants permanents (véhicules hybrides, éoliennes) et de ressources en matière première limitées, il est nécessaire de réduire la quantité de Terres Rares (TR) présente dans les aimants NdFeB. La recherche de nouvelles phases, contenant moins de TR, qui pourraient remplacer les aimants permanents en NdFeB tout en conservant des performances magnétiques élevées, est indispensable. Nous constatons actuellement un regain d'intérêt pour les phases TRFe12 connues depuis 1990 et qui présentent des propriétés magnétiques intrinsèques intéressantes pour les aimants permanents: aimantation à saturation et champ d'anisotropie égal voire plus grand que pour Nd2Fe14B. Les travaux réalisés ne permettent pas d'obtenir une coercitivité suffisante pour pouvoir remplacer les aimants en Nd2Fe14B. Cette thèse aura pour but : (1) la mise au point des procédés de fabrication de ces alliages et des conditions de frittage et (2) comprendre et développer la coercitivité dans les aimants de type TRFe12. L'étudiant utilisera les moyens expérimentaux de la plateforme Poudr'Innov du CEA-LITEN ainsi que ceux présents au CNRS ? Institut Néel pour la fabrication des aimants. Les caractérisations magnétiques seront réalisées en utilisant les moyens conventionnels (hystérésigraphe, magnétomètre en température) voire les grands instruments (ILL). Les résultats attendus sont la synthèse de la phase TRFe12 anisotrope ainsi que la réalisation des aimants frittés de type TR-Fe12 par des procédés conventionnels et/ou SPS ainsi que la compréhension des mécanismes de la coercitivité dans des aimants à faible teneur en TR.

Analyse et atténuation de la dégradation de l'ionomère dans les électrodes de PEMFC : électrochimie combinée à la caractérisation Operando par neutrons et Rayons X

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

Laboratoire Analyse électrochimique et Post mortem

Electrochimie - Matériaux - Physico-Chimie

01-10-2019

SL-DRT-19-0638

sylvie.escribano@cea.fr

Malgré les améliorations apportées au cours de la dernière décennie, il est encore nécessaire d'améliorer les performances et la durabilité des piles à combustible à membrane échangeuse de protons (PEMFC) pour pouvoir concurrencer les technologies existantes. Malgré son rôle probablement majeur dans les pertes de performances, peu d'études ont été menées sur le ionomère conducteur protonique contenu dans les électrodes, en raison de la difficulté de caractériser sa distribution et ses propriétés. Ainsi, les mécanismes de dégradation de l'ionomère en cours de fonctionnement, qui dépendent fortement de la teneur en eau, restent encore largement hypothétiques. Il est toutefois présumé que ces mécanismes sont associés à des modifications de sa répartition, de sa structure chimique et physique, de ses propriétés de transport ou encore à sa contamination par des cations. Dans cette thèse, nous souhaitons élucider les mécanismes en couplant des caractérisations électrochimiques et microstructurales avec des expériences in situ et Operando utilisant des neutrons (ILL) et des rayons X (ESRF, SOLEIL), incluant notamment des tests de vieillissement accélérés afin de corréler simultanément la dégradation de performance et la modification locale des matériaux. Plus précisément, la structure de l'ionomère sera étudiée par SANS et la teneur en eau dans les électrodes par radiographie neutronique. Les résultats seront exploités en vue d'améliorer la durabilité des PEMFC en ajustant la composition des électrodes et en proposant des stratégies de fonctionnement plus appropriées en tant que voies d'atténuation de la dégradation qui seront validées suivant un protocole de vieillissement sélectionné. Atteindre ces objectifs est essentiel pour l'adoption généralisée de la PEMFC dans les systèmes de transport propres.

Le Sélecteur Backend: du développement du matériau jusqu'aux performances du dispositif

Département Composants Silicium (LETI)

Laboratoire de Composants Mémoires

M2 ou ingénieur en micro nano-electronique

01-10-2019

SL-DRT-19-0659

gabriele.navarro@cea.fr

La montée en maturité des technologies de mémoire résistives non-volatiles NVRM (comme les mémoires à changement de phase PCM) à la fois pour les application Storage Class Memory (SCM) et embarquées a démontrée dans les dernières années la nécessité de développer des dispositifs de sélection « backend » pour remplacer la sélection par transistor. Cette technologie permet l'empilement de plusieurs niveaux de mémoire en 3D, dans une architecture des type « Crossbar », en augmentant la densité de stockage tout en profitant des performances extraordinaires des dispositifs NVRM. Le LETI est aujourd'hui à l'état de l'art par rapport au développement des matériaux pour l'intégration dans des dispositifs sélecteurs BEOL, notamment pour les OTS (Ovonic Threshold Switching). Dans le cadre de cette thèse des nouveaux matériaux seront explorés pour atteindre les spécifications d'endurance, stabilité en température, tension de seuil et capabilité de mise à l'échelle de plus en plus strictes. Pour cela, la compréhension des phénoménologies liées au fonctionnement de ces dispositifs devient fondamentale. De plus, des nouvelles architectures de co-intégration mémoire+sélecteur seront investiguées pour enfin atteindre l'intégration de ces solutions dans un démonstrateur Crossbar avancé. Le candidat doit de préférence avoir un très bon niveau de connaissance en physique des semi-conducteurs et en science des matériaux. Le candidat sera en contact avec des experts de différents domaines car le travail demandé est multidisciplinaire (matériaux, intégration, caractérisation électrique et physico-chimique, modélisation). En outre, il est demandé un bon esprit d'équipe et une bonne maîtrise de la langue anglaise.

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

DM2I (LIST)

Laboratoire Capteurs et Architectures Electroniques

Instrumentation, fibre optique, matériau, fabrication additive, métallurgie

01-10-2019

SL-DRT-19-0675

guillaume.laffont@cea.fr

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

Imagerie ultrasonore 4D par reconstruction rapide dans le domaine de Fourier et compression de données

Département Imagerie Simulation pour le Contrôle (LIST)

Laboratoire Instrumentation et Capteurs

Master 2 ou Ecoles d'Ingénieurs - Cursus: physique, ondes, traitement du signal

01-10-2019

SL-DRT-19-0677

sebastien.robert@cea.fr

L'imagerie ultrasonore multi-éléments est désormais une technique très répandue en contrôle non-destructif, et la plupart des systèmes industriels offrent la possibilité d'imager une structure en temps-réel avec des sondes comportant typiquement 64 éléments. Au-delà, les cadences d'imagerie des systèmes sont fortement ralenties en raison, d'une part, du volume important des signaux à transférer de l'unité d'acquisition à l'unité de traitement et, d'autre part, du nombre d'opérations de calcul à réaliser pour former l'image. Un exemple type est l'imagerie 3D avec des sondes matricielles de 16x16 éléments nécessitant le transfert de 256x256 signaux et le calcul de 10e6 à 10e8 voxels pour constituer l'image 3D dans le solide. Dans ce contexte, ce travail de thèse vise à accélérer les systèmes d'imagerie en optimisant le transfert des données par acquisition comprimée (ou compressed sensing), et de combiner la compression des données avec des algorithmes de reconstruction rapide dans le domaine de Fourier, ces derniers pouvant réduire les temps de calcul des images d'un facteur 300 par rapport à des méthodes plus conventionnelles opérant dans le domaine temporel. Enfin, un autre point qui sera abordé fin de thèse est la réduction du nombre de signaux par divers techniques, comme les émissions d'ondes planes aléatoires ou les réseaux clairsemés en réception (ou sparse arrays).

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