Direction scientifique
Transfert de connaissances vers l'industrie

Nos Thèses par thème

Impact de la turbulence en ingénierie de la ventilation

Département des Technologies Solaires (LITEN)

Ingénieur mécanique et energétique

01-09-2017

SL-DRT-19-0036

xavier.faure@cea.fr

Les systèmes de ventilation dans les bâtiments, qu'ils soient mécaniques par extraction, mécaniques par insufflation, naturels ou hybrides, sont soumis aux effets du vent. Selon l'orientation des orifices de sortie/entrée, les conditions en pression peuvent sensiblement modifier les débits de renouvellement d'air. Une meilleure prise en compte des effets du vent et notamment des effets de turbulence, jusqu'alors négligés, permettrait de mieux comprendre les interactions avec les systèmes de ventilation et de contribuer aux développements des outils pour l'ingénierie de la ventilation (dimensionnement plus fin des systèmes de ventilation et développement des stratégies de ventilation hybrides). L'augmentation des performances énergétiques des bâtiments, depuis l'arrivée des réglementations jusqu'à aujourd'hui amène les systèmes de ventilation au premier plan des équipements de régulation des ambiances intérieures tant d'un point de vue énergétique que de la santé (qualité de l'air intérieur). Dans le travail envisagé, la turbulence du vent et les fluctuations de pression engendrées à l'intérieur du bâti devront être considérées au regard des perméabilités de l'enveloppe (et des dynamiques de diffusion hydrique en son sein), des temps de réponse des organes de régulation et des sources de polluants internes. L'identification des effets contribuant ou s'opposant au renouvellement d'air des bâtis devra considérer les différents rapports de forces entre les effets mécaniques et naturels (aérodynamique et thermique) et leur dynamique.

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.

Architecture parallèle d'onduleurs de courant pour la conversion d'énergie photovoltaïque en forte puissance

Département des Technologies Solaires (LITEN)

Ingénieur en électronique de puissance

01-09-2018

SL-DRT-19-0061

jeremy.martin@cea.fr

Classiquement, les systèmes de conversion de l'énergie électrique dans le domaine photovoltaïque sont des structures de type onduleurs de tension [4] - [7]. Dans ce cas, la chaîne de conversion de l'énergie photovoltaïque est composée de deux étages: un convertisseur DC-DC suivi d'un onduleur de tension (VSI). Ces topologies à base de sources de tension ont des inconvénients à court terme (problèmes de durée de vie des condensateurs de liaison) [5], [8], [9] et une efficacité relativement réduite (en raison d'une double conversion) [5]. En tant que solution alternative, la structure en onduleur de courant (CSI) peut être utilisée. Parmi les avantages de la structure CSI, peuvent être listés : -Une réduction du nombre de composants de puissance, en raison de la conversion de l'énergie avec un seul étage de conversion [5] -Une durée de vie du convertisseur plus importante (par rapport aux structures classiques) en raison de la suppression du condensateur de liaison [5], [8], [9] et d'une tension à l'état bloquée vue par les interrupteurs inférieure [11] -Une intégration d'une protection contre les courts-circuits naturelle D'autre part, la topologie CSI présente les inconvénients suivants: - Des pertes de conduction relativement élevées, en raison de la connexion en série de dispositifs (MOSFET + Diode) [4], [6] - L'exigence de protection spéciales côtés AC et DC [4] Pour la topologie CSI, un moyen possible de surmonter l'inconvénient des pertes de commutation élevées consiste à utiliser des dispositifs à large bande (WBG). Plus précisément, les semi-conducteurs de SiC, en raison de leurs plages de tension plus élevées. Le LSPV travaille actuellement sur: -La caractérisation des semi-conducteurs WBG en calibre 1.7kV -Le dimensionnement et réalisation d'un CSI de 100 kW (utilisant les modules développés sur-mesure) -La caractérisation du rendement des convertisseurs par des méthodes calorimétriques -L'étude et réalisation d'un convertisseur CSI multi-niveaux de forte puissance Le sujet de la thèse se situe dans la continuité logique de ce travail avec une partie importante relative au contrôle de la structure, à l'entrelacement des blocs, à la réduction de la taille de l'inductance d'entrée. [1] Jäger-Waldau, A. (2016). PV Status Report 2016. JRC Science for Policy Report (Publications Office of the European Union, 2016). [2] Photovoltaics report. Fraunhofer Institute for Solar Energy Systems-ISE, Freiburg, November 2016. Retieved May 2017. [3] BURGER, Bruno. Power Electronics for Photovoltaics. 2015. [4] Sahan, B., Araujo, S. V., Noding, C., & Zacharias, P. (2011). Comparative evaluation of three-phase current source inverters for grid interfacing of distributed and renewable energy systems. IEEE Transactions on Power Electronics, 26(8), 2304-2318. [5] Bülo, T., Sahan, B., Nöding, C., & Zacharias, P. (2007, September). Comparison of three-phase inverter topologies for grid-connected photovoltaic systems. In Proc. 22nd Eur. Photovolt. Sol. Energy Conf. Exhib., Milan, Italy. [6] Martin, J., Bier, A., Catellani, S., Alves-Rodrigues, L. G., & Barruel, F. (2016, May). A high efficiency 5.3 kW Current Source Inverter (CSI) prototype using 1.2 kV Silicon Carbide (SiC) bi-directional voltage switches in hard switching. In PCIM Europe 2016; Proceedings of (pp. 1-8). VDE. [7] Sahan, B., Vergara, A. N., Henze, N., Engler, A., & Zacharias, P. (2008). A single-stage PV module integrated converter based on a low-power current-source inverter. IEEE Transactions on Industrial Electronics, 55(7), 2602-2609. [8] Wang, H., Liserre, M., & Blaabjerg, F. (2013). Toward reliable power electronics: Challenges, design tools, and opportunities. IEEE Industrial Electronics Magazine, 7(2), 17-26. [9] Yang, S., Bryant, A., Mawby, P., Xiang, D., Ran, L., & Tavner, P. (2011). An industry-based survey of reliability in power electronic converters. IEEE Transactions on Industry Applications, 47(3), 1441-1451. [10] Engler, A., et al. "Design of a 200W 3-phase module integrated PV inverter as part of the European project PV-MIPS." Proceedings of the 21st European Photovoltaic Solar Energy Conference and Exhibition, Dresden, Germany. 2006. [11] Felgemacher, C., Araujo, S. V., Noeding, C., & Zacharias, P. (2016, May). Benefits of increased cosmic radiation robustness of SiC semiconductors in large power-converters. In PCIM Europe 2016; Proceedings of (pp. 1-8). VDE. [12] Rashid, M. H. (2010). Power electronics handbook: devices, circuits and applications. Academic press.

Language étendu pour le monitoring des systèmes temps-réel

Département Ingénierie Logiciels et Systèmes (LIST)

Laboratoire d'Ingénierie dirigée par les modèles pour les Systèmes Embarqués

Mathématiques (proba) Informatique, Traitement du signal

01-04-2019

SL-DRT-19-0248

nicolas.rapin@cea.fr

La thèse est liée à l'outil de monitoring ARTiMon développé dans le laboratoire. Cet outil surveille, pendant l'exécution d'un système, si des invariants issus des spécifications du système restent valides. L'objectif de cet outil est donc de détecter si un système en fonctionnement s'écarte de ses comportements spécifiés. Dans sa version actuelle le langage d'ARTiMon est fortement inspiré des logiques temporelles temporisées. La thèse aura pour but d'explorer des extensions possibles du langage d'entrée d'ARTiMon. Notamment on souhaiterait intégrer des propriétés probabilistes, des éléments de logique floue, des expressions régulières, ou des propriétés dans le domaine fréquentiel. Ces extensions devront être accompagnées de la définition d'algorithmes opérationnels de calcul qui pourront être intégré à l'outil.

Culture de microalgues sur phase aqueuse issue de liquéfaction hydrothermale

DPACA (CTReg)

Autre

Génie des procédés biologiques

01-01-2019

SL-DRT-19-0259

florian.delrue@cea.fr

Le procédé de liquéfaction hydrothermale transforme la biomasse humide (10-30% de matières sèches) en une huile qui peut ensuite être raffinée et utilisée comme biocarburant. Ce procédé est considéré comme l'un des plus prometteurs pour la production de biocarburants à partir de microalgues. La liquéfaction hydrothermale produit également du gaz, du solide appelé biochar et une phase aqueuse issue de l'eau contenue dans la biomasse. Le gaz est composé principalement de CO2 qui peut être recyclé dans la culture de microalgues pour être utilisé par ces dernières. Le biochar est riche en carbone et peut être utilisé comme amendement de sol. Quant à la phase aqueuse, elle contient de grandes quantités de nutriments (sous la forme ammonium et phosphate) qui ont été dissous lors de la liquéfaction hydrothermale et qui peuvent être ré-utilisés par les microalgues pour leur croissance. Cependant cette phase aqueuse contient également des molécules organiques potentiellement toxiques pour les microalgues. L'objectif de ce projet de thèse est d'étudier la culture des microalgues sur cette phase aqueuse. Pour cela, on se propose dans un premier temps d'identifier les composés qui seraient les plus toxiques pour la croissance des microalgues. Puis, nous étudierons la tolérance des microalgues à ces molécules toxiques et l'impact de ces dernières sur la croissance. Ces essais se feront à différentes échelles de culture (du mL aux centaines de litres) et permettront d'intégrer le procédé de liquéfaction hydrothermal dans un concept de bioraffinerie où l'utilisation des flux de matières et des flux énergétiques sont optimisés.

Apprentissage par renforcement inverse d'une tâche effectuée par un humain

DPLOIRE (CTReg)

Autre

Master2 recherche en informatique ou robotique

01-01-2019

SL-DRT-19-0262

laurent.dolle@cea.fr

L'apprentissage par démonstration consiste à permettre à un agent (ex. un robot) d'apprendre une tâche par l'observation d'un autre agent (ex. un humain) réalisant cette même tâche. Les méthodes d'apprentissage par renforcement sont souvent utilisées dans ce cadre afin d'améliorer la capacité du robot à réaliser une tâche dans de nouvelles situations, mais elles nécessitent de définir une fonction de récompense qui renforcera les actions permettant d'atteindre l'objectif. Si cette fonction est délicate à concevoir lorsque la tâche est complexe, il est possible de l'apprendre à partir d'une série d'exemples par des méthodes dites d'apprentissage par renforcement inverse. L'utilisation, conjointe ou non, de ces techniques a montré des premiers résultats encourageants, mais qui sont limités à des exemples jouets et ne peuvent être adaptés tels quels à des tâches plus représentatives du milieu industriel. Au cours de la thèse, l'étudiant analysera et testera des travaux précédents à l'état de l'art. Il proposera alors une méthode, en combinant l'apprentissage par renforcement inverse à d'autres algorithmes (ex. generative adversarial networks, GAN), afin que le robot comprenne la tâche accomplie par l'opérateur (avec un minimum d'information de l'a part de l'opérateur), et généralisera suffisamment pour rendre le robot robuste à un environnement dynamique (obstacles, objets en mouvement ...). Cette méthode devrait être adaptée pour une tâche de « pick and place » dans un environnement industriel et assurer une période d'apprentissage raisonnable (information a priori, retour d'expérience de l'opérateur) pour des tâches de complexité moyenne.

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