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

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

Laboratoire Matériaux

Physicien de la matière molle

01-10-2019

SL-DRT-20-0317

lionel.picard@cea.fr

Nano-caractérisation avancée (.pdf)

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

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

Département des Technologies des NanoMatériaux (LITEN)

Laboratoire de Formulation des Matériaux

Chimie des matériaux, option polymère

01-11-2020

SL-DRT-20-0329

sebastien.rolere@cea.fr

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

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

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Modèle de programmation concret pour ordinateurs avec accélérateurs quantiques

Département Architectures Conception et Logiciels Embarqués (LIST-LETI)

Laboratoire Infrastructure et Ateliers Logiciels pour Puces

Master informatiques / école d'ingénieur

01-10-2020

SL-DRT-20-0364

Henri-Pierre.Charles@cea.fr

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

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

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

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

Laboratoire Composants Pemfc

Matériaux, Electrochimie, Physique.

01-10-2020

SL-DRT-20-0365

arnaud.morin@cea.fr

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

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

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

Département Architectures Conception et Logiciels Embarqués (LIST-LETI)

Laboratoire composants logiciels pour la Sûreté et la Sécurité des Systèmes

M2 crypto ou IA

01-10-2019

SL-DRT-20-0388

aymen.boudguiga@cea.fr

Cybersécurité : hardware et software (.pdf)

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

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

Département Ingénierie Logiciels et Systèmes (LIST)

Laboratoire pour la Sûreté du Logiciel

Master en méthodes formelles

01-09-2020

SL-DRT-20-0396

loic.correnson@cea.fr

Cybersécurité : hardware et software (.pdf)

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

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