Recyclage batteries domestiques lithium ion : Développement et compréhension d’un nouveau concept de désactivation
Les batteries lithium ion dites “domestiques” regroupent les batteries des ordinateurs portables, téléphone mobile, outillage portatifs, etc.
Le recyclage d’objets portatifs est actuellement réalisé par pyrométallurgie pour plus de 90% des batteries Li-ion.. Ce type de traitement ne répond plus aux enjeux actuels (environnementaux, stratégiques, législatif et sociétaux), mais reste très efficace pour mettre en sécurité les batteries domestiques par explosion dans un four. Il est aujourd’hui nécessaire et primordial de développer des nouveaux concepts de désactivation pour ce type de batteries
La désactivation est la 1ere étape du procédé de recyclage et vise à enlever toute énergie résiduelle de la batterie. Ce procédé doit être continu, sécuritaire, simple, controlable et pas cher.
Nous proposons d’étudier un nouveau concept de deactivation électrochimique (brevet en cours de redaction). L’objectif est de developer et comprendre les mécanismes électrochimiques mis en jeu dans ce nouveau concept de désactivation.
Outils et méthodes de diagnostic pour la réutilisation des composants électroniques
Le Laboratoire Autonomie et Intégration de Capteurs (LAIC) du CEA-Leti a pour mission principale le développement de systèmes de capteurs pour la digitalisation des systèmes. Les activités de l’équipe sont à l’interface du hardware (électronique, optronique, semi-conducteurs), du software (intelligence artificielle, traitement du signal) et du système (architecture électronique, mécatronique, modélisations multiphysiques).
Dans un contexte de croissance exponentielle de l'électronique et de raréfaction des ressources, la réutilisation de composants électroniques issus de systèmes en fin de vie représente une voie prometteuse pour limiter l'impact environnemental et soutenir le développement d'une économie circulaire. L'objectif de ce projet est de développer une méthodologie de diagnostic avancé permettant d'évaluer l'état de santé de composants électroniques, notamment de puissance, afin de les réintégrer dans un cycle de seconde vie moins contraignant.
Le ou la post-doctorant(e) aura pour mission de développer une approche complète pour évaluer le potentiel de réutilisation de composants électroniques, en vue de les réintroduire dans des cycles de seconde vie. Cela comprendra :
- L’identification d’indicateurs de santé pertinents pour suivre l’évolution des performances de composants (ex. : MOSFET, IGBT, condensateurs, etc.) ;
- La mise en place de bancs de test et de capteurs adaptés à la mesure de paramètres électriques, thermiques ou mécaniques, dans le but de détecter les signes de vieillissement ;
- L’analyse des modes de dégradation à travers des essais expérimentaux et des modèles de défaillance ;
- Le développement d’algorithmes de prédiction de la durée de vie résiduelle (Remaining Useful Life – RUL), adaptés à différents scénarios d’usage ;
- La contribution aux publications scientifiques, à la valorisation des résultats, et à la collaboration avec les partenaires du projet.
Analyse des Effluents Gazeux pour des Procédés de Gravure Plasma plus Éco-Responsables
Les gaz fluorés traditionnellement employés, comme le CF4 et le C4F8, ont des potentiels de réchauffement (GWP) extrêmement élevés et une longue durée de vie atmosphérique, participant au changement climatique. L’utilisation de gaz alternatifs à faible GWP, combinée à des systèmes d’abattements des effluents en sortie de réacteur, devrait permettre de concilier performances des procédés de gravure plasma et responsabilité écologique. Dans ce contexte, vous aurez en charge d’analyser et de caractériser par spectrométrie de masse les gaz présents dans un plasma de gravure industriel, et de les comparer à ceux présents à la sortie des pompes du réacteur et du système d’abattement. Les principaux objectifs sont de déterminer le taux de destruction des gaz fluorocarbonés à fort GWP utilisés dans les procédés de gravure au niveau du plasma et des systèmes de pompage et d’abattement ains que de proposer des solutions alternatives et innovantes pour minimiser le rejet des effluents gazeux à fort GWP.
Développement d'une architecture d'instrumentation innovante utilisant un réseau de capteurs magnéto-résistifs pour créer un système de tomographie rapide pour les piles à combustible
Développement d'une architecture d'instrumentation innovante utilisant un réseau de capteurs magnéto résistifs pour créer un système de tomographie rapide pour les piles à combustible.
L'objectif est de développer un démonstrateur TRL 4 en laboratoire pour prouver le concept sur une pile à combustible à basse température. Cela inclura quatre cartes de mesure avec plusieurs dizaines de capteurs magnétiques synchronisés pour des acquisitions simultanées. Les résultats expérimentaux et une description du système d'instrumentation seront publiés. Les données historiques seront utilisées pour valider les algorithmes de résolution de densité de courant et comparer leurs performances à celles des solutions basées sur des réseaux de neurones informés par la physique. Les résultats estimés de densité de courant seront utilisés pour une publication supplémentaire.
Le système d'instrumentation sera intégré dans un banc d'essai du CEA dédié au contrôle optimal, à l'observation des transitoires, à la détection de défauts et à l'exploration des phénomènes de propagation de défauts. Cette approche offrira une observation dynamique et non invasive de la distribution du courant dans la pile à combustible, améliorant ainsi la compréhension de son fonctionnement et facilitant l'optimisation de ses performances et de sa durée de vie.
Capteurs électrochimiques à base de diamant pour le contrôle de la pollution de l'eau en milieux urbains
Ce postdoc est proposé par le CEA List dans le cadre du projet européen UrbaQuantum (« A novel, integrated approach to urban water quality monitoring, management and valorisation ») de l’appel à projet HORIZON-CL6-2024-ZEROPOLLUTION-02. Ce projet a pour objectif principal de développer, en réponse aux contexte des changements climatiques, des capteurs, des modèles et des protocoles pour une meilleure gestion du cycle de l’eau en milieux urbains.
Le post-doctorant au sein du Laboratoire Capteurs et Instrumentation pour la Mesure (LCIM) du CEA List contribuera au développement des capteurs électrochimiques à base de diamant de synthèse et des protocoles de mesure associés pour la détection de polluants de types pharmaceutiques, métaux lourds, PFAS et pesticides. Ces capteurs seront miniaturisés et intégrés dans une cellule microfluidique, en partenariat avec le CEA-Leti, puis testés en conditions réelles sur le terrain.
Etude et développement d’un banc de test modulaire « high-side » pour la validation applicative de composant Grand Gap
Les transistors grand gap (GaN, SiC) jouent un rôle clé dans l’électronique de puissance, mais leur intégration industrielle reste freinée par des difficultés de mise en œuvre. Le composant 'high-side', au sein d’une structure en bras de pont, est particulièrement sensible aux transitoires de tension et de courant, lesquels dépendent fortement du routage, de la topologie et des modes de commutation (ZVS, ZCS). Son caractère flottant rend les mesures complexes et peut perturber les commutations lors des essais applicatifs. Une méthodologie adaptée aux transitoires rapides a été développée lors d’une thèse, aboutissant à un banc de test breveté pour la caractérisation des composants 'low-side'. Le sujet du post-doctorat présenté ici vise à adapter cette méthodologie aux composants 'high-side' qui sont plus complexe à piloter et mesurer, afin de caractériser et modéliser le vieillissement dû aux transitoires de grille dans des conditions réalistes. Le banc de test permettra de générer des profils de stress reproductibles sur 'low-side' et 'high-side', et de mesurer précisément des paramètres clés comme la tension de seuil ou les instabilités dynamiques. Pour atteindre ces objectifs, un nouveau banc sera conçu, intégrant une commande spécifique et des systèmes de mesure adaptés, en vue de tests applicatifs et d’essais de vieillissement ciblés.
Implémentations sécurisées de la cryptographie post-quantique basée sur le code : co-conception logiciel-matériel et résistance aux canaux auxiliaires
L’informatique quantique menace les schémas cryptographiques traditionnels tels que RSA et ECC, rendant nécessaire le développement de la cryptographie post-quantique (PQC). Le processus de standardisation du NIST a sélectionné des algorithmes comme HQC, un mécanisme d'encapsulation de clé basé sur les codes. L’implémentation efficace et sécurisée de ces algorithmes, notamment dans des environnements contraints en ressources comme l’IoT et les systèmes embarqués, demeure un défi. Les attaques physiques, en particulier les attaques par canaux auxiliaires et par injection de fautes, nécessitent des contre-mesures robustes telles que le masquage, le "shuffling" et le "hiding". Ces protections introduisent toutefois des surcoûts en performance, rendant indispensable la co-conception matériel/logiciel. Le projet se concentre sur l’implémentation logicielle sécurisée de HQC avec une forte résistance aux attaques physiques. Les plateformes ciblées incluent les systèmes embarqués basés sur RISC-V. La recherche porte sur la conception et l’évaluation de contre-mesures contre les canaux auxiliaires sur ces plateformes. Les phases ultérieures étendront le travail à des prototypes FPGA pour valider la sécurité en matériel. Une exploration ASIC pourra suivre afin d’optimiser la surface, la consommation et les performances sous contraintes de sécurité. Le candidat développera également des techniques algorithmiques et architecturales de mitigation des attaques. Les contributions incluront des outils open source et des benchmarks. Ce travail soutiendra le déploiement sécurisé de la PQC dans des applications concrètes.
Module PV réparable intégrant un élément de délamination par ultrason
Les panneaux photovoltaïques (PV) ont une durée de vie limitée en raison de la dégradation de leur performance, de défauts opérationnels ou de facteurs économiques. D’ici dix ans, des millions de tonnes de panneaux PV deviendront des déchets, posant des défis environnementaux et sociétaux significatifs. L'Union Européenne a reconnu ce problème par la directive WEEE pour la gestion des déchets électriques et électroniques.
Les modules PV sont des assemblages complexes contenant des matériaux critiques tel que l'argent et des polluants persistants comme les polymères fluorés. De plus, le verre et le silicium mis en œuvre présentent une empreinte carbone élevée, rendant le réemploi essentiel pour atténuer l'impact environnemental. Diverses techniques de démantèlement sont explorées pour extraire les métaux, les polymères et le verre. Les objectifs concernent la sélectivité et le rendement des procédés, la pureté des matériaux obtenus. Pour renforcer la durabilité du photovoltaïque, la gestion des modules dans une vision d'économie circulaire est essentielle.
Le CEA/LITEN mène des recherches sur les méthodes de délamination pour améliorer la qualité des matériaux recyclés. Dans ce postdoctorat, nous explorerons la capacité des ultrasons pour le démantèlement ou la réparation des modules PV. Le développement d'un modèle numérique pour comprendre les phénomènes de vibration dans les panneaux PV permettra la conception d'un outil pour un couplage efficace. En plus de la modélisation et de la mise en place de l'outil, nous explorerons de nouvelles architectures de modules PV en intégrant des couches composites sensibles aux ultrasons. L'évaluation de divers phénomènes induits tels que la transmission optique et le comportement thermomécanique fera partie de l'étude. Ce projet tirera parti d'un environnement scientifique de haut niveau, avec une expertise en modélisation numérique thermomécanique, en conception de modules PV et en fabrication de prototypes.
Modélisation et intégration de types de données Local-First
Les frameworks de modélisation existants ont des capacités de collaboration limitées. La collaboration au niveau des éléménts d'un modèle est une des fonctionnalités les plus souhaitées, comme déjà identifié. Cependant, la plupart des solutions s'appuient principalement sur des bases de données centralisées et son hebergées dans un cloud. Bien que ces solutions facilitent la collaboration entre les partenaires connectés en employant des techniques de contrôle de concurrence ou en adoptant une politique du "dernier écrivain gagne", elles ne supportent pas les scénarios de collaboration déconnectée, une caractéristique importante pour la conception de logiciels local-first. Cette situation présente un compromis : utiliser des solutions basées sur le cloud et sacrifier le contrôle de la propriété des données versus adopter des instances séparées sans capacités collaboratives. L'objectif de ce projet postdoctoral est de contribuer et d'étendre un cadre existant de Model-Based Systems Engineering (MBSE), construit sur des Conflict-free Replicated Data Types (CRDTs) spécialisés. Le but est de permettre une collaboration en temps réel grâce à des CRDTs spécifiques à la modélisation. L'approche proposée implique l'extension d'une couche middleware utilisant des CRDTs pour synchroniser de manière transparente des modèles distribués et capables de fonctionner hors ligne.
Développement d'une nouvelle génération d'adhésifs polymères réversibles
Les adhésifs polymères sont des systèmes généralement réticulés utilisés pour lier deux substrats durant toute la durée de vie d’un assemblage pouvant être multimatériau et ce pour de multiples applications. En fin de vie, la présence d’adhésifs rend difficile la séparation des matériaux ainsi que leur recyclage, du fait de la difficulté de détruire la réticulation de l’adhésif sans traitement chimique ou thermique agressif également pour les substrats liés.
Dans ce cadre, le CEA développe des adhésifs à recyclabilité augmentée, et ce via l’intégration de la recyclabilité dans les structures chimiques dès la synthèse des réseaux polymères. Une première approche consiste à intégrer à des réseaux polymères des liaisons dynamiques covalentes, échangeables sous stimulus généralement thermique (par exemple des vitrimères). Une seconde consiste à synthétiser des polymères dépolymérisables sous un stimulus spécifique (polymères auto-immolables) ayant la capacité de réticuler.
Dans ce contexte, le.a post-doctorant.e développera 2 réseaux utilisables en tant qu’adhésif à recyclabilité augmentée. Un premier réseau se basera sur une chimie dépolymérisable sous stimulus déjà développée sur des chaines linéaires de polymère, devant être transposée à un réseau. D’autre part, un second réseau vitrimère sera synthétisé sur la base de travaux précédents au CEA. L’activation de l’échange de liaisons dans ce réseau se fera via un catalyseur dit photolatent, activable par UV et permettant d’obtenir un adhésif à stimulus UV et thermique. Le choix, la synthèse de ces catalyseurs et leurs impacts sur l’adhésif seront l’objet de l’étude réalisée. Les catalyseurs obtenus pourront également être utilisés comme déclencheurs de la dépolymérisation du premier système dépolymérisable sous stimulus.