Développement d’outils numériques pour la simulation du contrôle non destructif par ultrasons
Le Département Imagerie et Simulation pour les Contrôles non destructifs (DISC) du CEA LIST recherche un(e) post-doc en mathématiques appliquées et calcul scientifique. Le DISC développe le logiciel CIVA (http://www-civa.cea.fr), leader mondial pour la simulation et l’expertise en contrôles non destructifs (échographie ultrasonore, méthodes électromagnétiques, radiographie, tomographie X). Dans le cadre du développement et de l’amélioration de CIVA, le post-doc recruté aura en charge le développement de méthodes numériques pour le module de simulation ultrasonore.
Les méthodes semi-analytiques implémentées dans CIVA reposent sur des hypothèses simplificatrices des phénomènes physiques mis en jeu et ont l’avantage d’être rapides et précises dans un grand nombre de configurations réalistes d’inspection. Cependant, restent des configurations pour lesquelles ces modèles trouvent leur limite et nécessitent la mise en œuvre de méthodes s’affranchissant des hypothèses physiques incriminées. Les méthodes dites numériques telles que les éléments finis, les différences finies ou les éléments finis de frontière permettent de résoudre ces problèmes, mais dans des temps de calcul incompatibles dans un contexte industriel, notamment pour les configurations 3D. Une approche pour CIVA consiste à coupler les modèles semi-analytiques et les méthodes numériques de sorte à bénéficier simultanément des avantages des deux modèles.
Les travaux du poste incluent des développements de méthodes numériques elles-mêmes, en lien avec les partenaires académiques du CEA, l’intégration dans CIVA d’une solution de maillage permettant de mettre en forme les données pour la résolution numérique, ainsi que des développements sur les couplages semi-analytique / numérique. Des solutions du type multi-boite, permettant par exemple d’optimiser les configurations comportant plusieurs défauts ou d’effectuer un couplage au niveau de la source et du défaut, seront notamment étudiées.
Méthodes de compensation (magnétique) pour la capture de forme à partir de capteurs d’orientation
Notre laboratoire travaille depuis quelques années sur la capture de forme (courbes et surfaces) en statique et en mouvement à partir de capteurs d’attitude, accéléromètres et magnétomètres par exemple, capables de fournir des informations sur leur propre orientation. Cependant, en conditions réelles les données capteurs ne fournissent pas exactement leur orientation, la mesure étant perturbée par des données extérieures (accélérations propres au mouvement, vibrations pour les uns, perturbations magnétiques pour les autres). Le but de ce travail est d’analyser ces perturbations et de proposer des prétraitements permettant de corriger les informations brutes des capteurs afin d’en extraire des données tangentielles fiables/cohérentes relativement à nos objectifs de reconstruction géométrique aussi bien dans un cadre statique que dynamique, sur quelques cas d’applications réelles telles que la présence d’éléments magnétiques perturbateurs dans l’environnement de capture.
Nous nous plaçons dans un premier temps dans le cadre de la reconstruction de la forme d’un tuyau métallique : nous cherchons alors à reconstruire une courbe avec des capteurs magnétiques perturbés (nous pourrons envisager la reconstruction de surfaces par la suite). Le travail demandé consiste à trouver les meilleures méthodes permettant de traiter ces informations perturbées, afin d’en extraire les données tangentielles nécessaires à la reconstruction de la forme (séparation de sources, fusion de données, modélisation de la perturbation, ajout d’une autre modalité capteur, etc, sont des pistes à explorer). Le post doc devra établir une étude bibliographique poussée, implémenter les différentes méthodes définies, mettre en œuvre ces méthodes en tests réels par le biais d’acquisitions de données avec notre système de capture de forme en environnement perturbé.
Intégration de couches poreuses pour la réalisation de substrats temporaires avancés
Aujourd’hui, la course effrénée à la miniaturisation entraine des schémas d’intégration qui convergent vers des solutions de double report de films minces monocristallins permettant d’assurer une fonctionnalisation des deux faces du film augmentant ainsi la compacité et la performance des systèmes. Une solution disruptive a récemment été développée au sein du CEA-Léti basée sur l’introduction de couche en silicium poreux au cœur des procédés de fabrication des composants [a]. Ce type de technologie laisse présager un intérêt certain pour des applications de type électronique, MEMS ou encore photovoltaïque, et il convient donc désormais de valider cette technologie à plus large échelle et de cerner les mécanismes mis en jeu notamment lors de la rupture dans la couche poreuse.
Le candidat devra appréhender les spécificités des couches poreuses et de l’ensemble des étapes de réalisation nécessaires au report de film minces afin de valider et de mettre en place leur intégration au sein de démonstrateurs spécifiques qui auront été choisis. Une partie importante du travail portera sur une évaluation et une analyse scientifique du comportement des couches poreuses lors de sollicitation chimique, mécanique et/ou thermique par exemple en vue de forcer une reconstruction de surface des films poreux. Un autre axe d’étude portera sur le développement d’une technologie spécifique pour induire la rupture mécanique au sein de la couche poreuse enterrée. Le candidat devra évaluer la faisabilité d’une rupture par ultrasons et en étudier les mécanismes. Une partie importante des développements consistera également à caractériser finement les propriétés des films et des structures élaborées.
[a] A-S.Stragier et al., Journal of The Electrochemical Society, 158 (5) H595-H599 (2011)
Transduction et localisation de sources acoustiques inspirés de l’oreille moyenne
L’ensemble oreille externe - oreille interne peut être vu comme une cellule de conversion de l’énergie acoustique entre un milieu ouvert et un milieu semi-confiné propice à la transduction du signal utile. Selon les espèces la configuration subit des adaptations à un environnement et un usage différents. Il s’agit, à l’aide de l’outil de simulation par éléments finis COMSOL de traiter le couplage acoustique d’une membrane vibrante à l’interface entre un guide acoustique et un réseau de cavités semi-closes. Les méthodes développées pour la conception des microphones sont bien adaptées. En particulier les méthodes permettant d’estimer l’effet de forme non plane du fond de la cavité situé derrière la membrane. On pourra démontrer comment la configuration anatomique contribue à l’établissement d’un point de fonctionnement optimum. Dans un second temps, il s’agira de dégager des règles de conception de transducteurs artificiels s’inspirant de configurations anatomiques particulières. Trois grandeurs pourront être optimisées indépendamment : la directionalité, une sensibilité à une gamme de signaux d’entrée plus vaste et une réponse spectrale soit très étroite soit large bande.En parallèle de la compréhension physique, une modélisation du système oreille externe - oreille moyenne par analogie acoustico-mécanico-electrique sera menée sur la base de travaux préliminaires ayant permis de montrer l’intérêt d’utiliser un outil de conception au niveau système (ASYGN) pour simuler les performances de l’organe et des transducteurs inspirés de l’organe.
Réseaux d’antennes intégrées pour communications haut-débit à 60 GHz
Ce post-doctorat s’inscrit dans le cadre de nos travaux sur la conception d’antennes pour les systèmes de communications haut-débit dans la bande de fréquence 57-66 GHz. La réalisation d’objets communicants dans cette gamme de fréquence par des technologies à haut niveau d’intégration et faible coût est un défi aujourd’hui accessible avec les nouvelles générations de filières microélectroniques CMOS et les différentes technologies d’assemblage et packaging de circuits intégrés avec des applications clairement identifiées. Après une série de projets menés ces dernières années sur des antennes simples réalisées et validées sur différentes technologies, les travaux prévus s’orientent fortement vers la conception et démonstration de réseaux d’antennes à dépointage électronique pour des applications longue portée. Plusieurs démonstrateurs de réseaux d’antennes seront conçus en collaboration avec nos partenaires travaillant sur la conception de circuits intégrés et sur les technologies de fabrication et d’assemblage dans le but d’aboutir à un système entièrement fonctionnel.
Méta-matériaux : conception d’une surface haute impédance intégrée à 60GHz, transposition de fréquences et potentialités à 60THz
Cape d’invisibilité, imagerie sub-longueur d’onde, substrat d’antennes fins, absorbants, etc., les structures de type méta-matériaux laissent entrevoir des applications pour certaines futuristes mais aussi bien actuelles pour d’autres, notamment si l’on considère les avancées récentes dans les domaines des matériaux, des microtechnologies et le l’optique intégrée.
Ce post-doctorat a pour objectif l’étude de structures de type surface haute impédance et de leur transposition dans des bandes de fréquences très différentes (6 GHz, 60 GHz, 60 THz) correspondant à des technologies et applications très variées.
Outre une étude bibliographique approfondie de l’état de l’art, l’étude comprendra des travaux de conception aux trois bandes de fréquence citées et une démonstration expérimentale à 6 GHz et si possible 60 GHz grâce à la réalisation de prototypes.
Déploiement de protocoles de consensus distribué sur des blockchains de type Smart Contract
L’objectif est de mettre en œuvre divers protocoles de consensus distribué sur des plateformes blockchain de type Smart Contracts aussi bien publiques que privées. Les techniques à la base des preuves d’enjeu et de la gestion de token seront analysées et leur niveau de sécurité sera évalué au regard de la consommation énergétique et de la qualité de la distribution de la confiance dans le système. Les techniques de vérification des transactions de la blockchain Ethereum seront mise en œuvre, ainsi que d’autres algorithmes, plus légers et moins consommateurs d’énergie, dédiés à des blockchains "privées" où les utilisateurs sont authentifiés. La plateforme Hyperledger sera utilisée pour tester les différents protocoles de consensus distribués. De nouveaux algorithmes seront proposés et les solutions retenues seront déployées pour des applications du domaine de l’internet des objets.
Electrode composite négative à base de Nano-silicium pour batteries lithium-ion
Avec l’objectif d’améliorer les batteries de type lithium-ion, de nombreux travaux sont consacrés à la recherche de nouveaux matériaux pour la fabrication des électrodes de grande capacité. Le silicium est un matériau attractif comme élément d’électrode négative en remplacement du carbone graphitique grâce à sa forte capacité qui peut théoriquement atteindre quasiment 3579 mAh/g (Li15Si4), soit dix fois plus que le graphite (372 mAh/g, LiC6). Cependant, un problème majeur qui a empêché le développement de telles électrodes est le fort coefficient d’expansion volumétrique du silicium qui conduit à une dégradation rapide du matériau (craquage, pulvérisation de l’électrode,....) et de ses performances. Dans ce contexte, le travail du post doctorant sera d’explorer les performances électrochimiques d’électrodes négatives élaborées à partir de nanoparticules de silicium, synthétisés au CEA par pyrolyse laser. Le travail consistera à intégrer les nanoparticules dans une architecture d’électrode négative et en tester les performances. Le travail de comprehension s’axera sur la double influence de la nanostructuration des particules de silicium et de la composition/mise en oeuvre de l’électrode composite sur les performances. Ainsi, ce travail se situera à la charnière de deux laboratoires CEA spécialistes des deux points clés de l’étude (Synthèse à Saclay, élaboration et caractérisation de batteries à Grenoble).
Développement de procédés de nanoimpression sur substrats souples pour applications optiques et électroniques
Ce sujet a pour objectif de développer des procédés de nanoimpression spécifiques pour divers matériaux et de les appliquer pour la réalisation de divers composants sur film plastique. Plusieurs thématiques seront abordées au travers de différents matériaux, qu’ils constituent le substrat lui-même, ou qu’ils consistent en une couche plus ou moins fine déposée sur un film plastique flexible. Une liste non exhaustive de ces matériaux est présentée ci-après. Ils correspondent à divers applications potentielles. Dans le domaine de l’électronique, des procédés d’impression de matériaux diélectriques seront étudiés. Des substrats particuliers seront également pressés pour la réalisation d’OTFTs. Dans le domaine de l’optique, la structuration de plusieurs polymères conducteurs présentant des propriétés optiques particulières est envisagée pour diverses applications. Certains de ces polymères font partie de la famille des PEDOT utilisés également dans le domaine du photovoltaique. La structuration d’empilements de polymères sera explorée pour la réalisation de structures 3D.
Enfin la possibilité d’imprimer des films de polymères chargés en nanoparticules sera aussi
analysée.
Procédés à basse température pour l’intégration CoolCube
Actuellement, les budgets thermiques de la plupart des briques technologiques de réalisation du transistor ont pu être réduits et peuvent être compatibles avec la stabilité du transistor inférieur. Un point critique reste la réalisation d’un empilement de grille qui respecte les spécifications en fiabilité. Ce point peut être un obstacle à la réussite de cette intégration. Pour optimiser l’aspect fiabilité de l’empilement de grille, l’utilisation de recuit alternatifs comme les recuits micro-onde et laser excimer peuvent etre utilisés.
En dehors de l’aspect fiabilité, l’adaptation du travail de sorti des grilles des transistors froids est un sujet encore vierge. Cette étape se fait généralement par des recuits haute température pour faire diffuser des espèces (La, Al) au sein de l’empilement. Un des objectifs de ce travail est d’apporter des solutions alternatives pour modifier le travail de sortie avec des budgets thermiques compatibles avec l’intégration 3D séquentielle. Parmi les options étudiées l’implantation à très faible énergie et les recuits laser excimer pourront etre évalués. Des alternatives à la fabrication conventionnelle de la grille pourront être proposées. En parallèle des briques telles que les espaceurs basse temperature à base de materiaux low-k et l’épitaxie à 500°C devront être optimisée et intégrée.
Le candidat sera en charge de la définition des expériences, de leur mise en œuvre, de leur suivi et de la caractérisation électrique des échantillons. L’étude sera menée dans les salles blanches du LETI en étroite collaboration avec les équipes de process et d’intégration.