Étude et modélisation de récepteurs acoustiques à réseaux de Bragg sur fibre optique
Le CEA List travaille depuis plusieurs années sur le développement de solutions de monitoring avancées exploitant des récepteurs acoustiques sur fibres optiques appelés réseaux de Bragg. Ces capteurs optiques présentent un fort potentiel pour la surveillance des structures à la fois par leur capacité d’intégration au sein des matériaux (béton, composite organique, métal) et leur capacité à être déployés en environnement difficile (embarqué, radiatif, haute température).
Un travail de postdoctorat est proposé afin de mener des travaux de modélisation de ces transducteurs à réseaux de Bragg en vue d’affiner la compréhension de leur sensibilité vis-à-vis des ondes élastiques guidées ultrasonores et d’aider au design d'un système de contrôle associé grâce à un placement intelligent des capteurs. In fine, l’objectif est de pouvoir simuler leur réponse au sein du logiciel de Contrôle Non Destructif Civa développé par le CEA List, et plus particulièrement via son module dédié au Structural Health Monitoring (SHM). Un tel travail contribuerait fortement à l’adoption et l’exploitation de cette technologie pour des applicatifs en Structural Health Monitoring.
Biocatalyse par microfluidique
L’objectif global du projet est de proposer un nouveau mode de production biocatalytique basé en flux continu et combinant macro et micro-fluidique. Il s’agit de développer un procédé de biocatalyse impliquant des bioréacteurs fluidiques capables d’assurer une biotransformation en mode continu, grâce à des enzymes ou des cellules immobilisées. Ce procédé sera optimisé pour d’une part améliorer l’efficacité de réactions enzymatiques et d’autre part obtenir des capacités importantes de production. Deux types d’enzymes seront étudiées, les nitrilases et les cétoreductases.
D'abord, le ou la candidat(e) sera chargé(e) de la recherche d’enzymes robustes pour les réactions cibles et du criblage sur les substrats définis. Il ou elle sera chargée de la mise au point des conditions réactionnelles en enzymes isolées et cellules entières et de la détermination des cinétiques apparentes. Ensuite, il/elle sera chargé(e) de la mise en place des conditions de fonctionnement de la biocatalyse et de l'immobilisation du biocatalyseur dans des réacteurs continus polyvalents.
Ce sujet est réalisé entre deux départements du CEA (Direction de la Recherche Fondamentale/IBFJ/Genoscope à Evry et Direction de la Recherche Technologique/Leti à Grenoble).
Le ou la candidat(e) travaillera en binôme avec un(e) étudiant(e) en thèse sur la conception du réacteur biocatalytique et la mise à l'échelle du processus biocatalytique.
Développement de matériaux silicium résistants aux irradiations et intégration dans des cellules photovoltaïques pour applications spatiales
Historiquement, le photovoltaïque (PV) s’est développé conjointement avec l’essor de l’exploration spatiale. Au cours des années 90, les cellules solaires multi-jonctions, basées sur un empilement de matériaux III-V, ont progressivement remplacé le silicium (Si), bénéficiant de performances et de tenues aux irradiations électrons/protons supérieures. Aujourd’hui, le contexte est favorable à un renouveau du Si spatial : besoins de puissance PV croissants, missions à durées & contraintes modérées (LEO), cellules Si terrestres très bas coût (€/W Si ~ III-V/500), émergence de nouvelles technologies Si qui présentent des rendements élevés sur Si de type p… Dans l’espace, les cellules solaires PV sont exposées aux rayonnements cosmiques, notamment aux bombardements par des protons et électrons. Ces irradiations affectent les performances des cellules Si, essentiellement en raison de la formation de défauts volumiques recombinants pour les porteurs de charge. Afin de favoriser l’utilisation de cellules Si dans l’environnement spatial, il est donc essentiel d’améliorer leur résistance aux irradiations. Il s’agit du principal enjeu de ce projet de post-doc. Pour cela, les travaux vont tout d’abord se concentrer sur l’élaboration d’un nouveau matériau silicium, avec des propriétés compositionnelles lui conférant une résistance accrue aux irradiations par les électrons. Plus précisément, le matériau contiendra des éléments limitant la formation de défauts volumiques sous irradiations, et développant des effets de passivation électrique. Les propriétés électroniques de ce matériau seront évaluées et analysées avant et après irradiation. Dans un second temps, des cellules haut rendement à hétérojonction seront élaborées à partir de ce silicium inédit, et leurs performances électriques évaluées et analysées avant et après irradiation. Les développements pourront être appuyés par des simulations numériques, effectuées à l’échelle des dispositifs PV.
Simulations massivement parallèles de piles à hydrogène PEM
L'objectif est d'améliorer le code TRUST-FC développé conjointement par le LITEN/DEHT/SAMA et DES/ISAS/DM2S/STMF/LGLS pour la simulation fine des piles à hydrogène PEM et de l'appliquer à des géométries réelles. Financé par le laboratoire virtuel commun AIDAS (CEA/FZJ), un premier travail a permis de construire le modèle électro-chimique et fluidique complet basé sur le code CEA TRUST, et de le comparer avec son homologue basé sur OpenFoam. Suite à cela, le candidat adaptera l'ensemble de la chaine de calcul à des maillages de taille croissante pour arriver à des maillages de plaques bipolaires complètes de plusieurs centaines de millions d'éléments. D'autre part, il introduira des modèles d'écoulements diphasiques afin d'adresser les enjeux technologiques actuels(problèmes d'assèchement ou de noyage local).
Cet ambitieux projet est activement soutenu par une collaboration étroite avec la DES et avec FZJ.
Aimants permanents pauvres en terres rares
La transition énergétique va entrainer une très forte croissance de la demande en terres rares (TR) au cours de cette décennie, notamment en ce qui concerne les éléments (Nd, Pr) et (Dy, Tb). Ces TR, classées comme matériaux critiques, sont utilisées de façon quasi exclusive pour produire des aimants permanents de type NdFeB dont ils constituent 30% de la masse.
Plusieurs études récentes, visant à identifier de nouveaux alliages pauvres en TR et présentant des performances comparables à la phase magnétique dense Nd2Fe14B, positionnent les composés ferromagnétiques durs de type TR-Fe12 comme des solutions de substitution crédibles, permettant d'économiser plus de 35% la quantité de TR tout en gardant des propriétés magnétiques intrinsèques proches de celles de la composition Nd2Fe14B. Cependant, les développements industriels de ces alliages ne peuvent pas encore être envisagés du fait de verrous technologiques et scientifiques importants qui restent à lever afin de pouvoir produire des aimants denses de type TR-Fe12 dont la résistance à la désaimantation serait suffisante pour les applications courantes (coercitivité Hc > 800 kA/m)..
Le but du projet post-doctoral proposé est de développer des alliages Nd-Fe12 avec des performances magnétiques intrinsèques optimales et de maitriser le frittage basse températures des poudres nitrurées pour obtenir des aimants denses, avec des coercitivités > 800 kA/m, pour répondre à des applications dans la mobilité électrique.
Deux verrous technologiques et scientifiques ont été identifié:
- la compréhension du rôle des phases secondaires aux joint de grains sur la coercitivité. Ceci permettra d'implémenter le procédé d'ingénierie aux joints de grains, connu pour avoir apporté des améliorations significatives dans la coercitivité pour les aimants NdFeB
- la maitrise de l'étape de frittage des poudres à basses températures, pour éviter la décomposition de la phase magnétique, en utilisant les phases aux joints de grains
Modélisation des défauts sur les réseaux DC basse tension dans les bâtiments, vers des algorithmes de détection de défauts
Le développement de l'usage des énergies renouvelables et du stockage de l'énergie ainsi que les progrès faits par les composants d'électronique de puissance amènent progressivement à repenser les architectures des réseaux électriques de distribution basse tension dans les bâtiments. Ces évolutions permettront un développement des réseaux à courant continu ou mixtes alternatif-continu alimentés par des convertisseurs statiques. Sur ce type de réseau, les défauts deviennent plus difficiles à gérer du fait des sources de puissance utilisées. En effet, les signatures habituelles du court-circuit ou de la surcharge ne sont plus les mêmes et vont varier en fonction des convertisseurs utilisés et de l'architecture du réseau. Pour cela, il convient d'identifier, par la simulation, les topologies de protection les plus adaptées (par les régimes de neutre par exemple) et d'identifier les signatures types des défauts. In fine, ces signatures permettront de disposer de dispositifs de détection optimums.
Développement d'algorithmes d'intelligence artificielle pour la localisation bande étroite
Les signaux bande étroite sont largement utilisés dans le contexte des réseaux de télécommunication faible consommation, qui sont l’un des composants clé de l’internet des objets (IoT). Cependant, ces signaux ne disposant que d’une bande de fréquence limitée, ils sont peu adaptés à de la localisation de précision, en particulier dans des environnements complexes tels que centre-ville ou des canyons urbains qui perturbent fortement le trajet de l’onde. Une approche permettant de surmonter ces difficultés consiste à s’appuyer sur un modèle 3D de la ville et de ses bâtiments afin d’améliorer la modélisation de la propagation cependant les algorithmes classiques (lancés de rayons par ex.) ont montré leurs limites pour répondre à un problème aussi complexe. Afin de dépasser les limitations actuelles, le laboratoire LCOI souhaite explorer les approches à base d’intelligence artificielle (IA) qui semblent très pertinentes pour ce type de problèmes. Le laboratoire LCOI a déployé un réseau bande étroite dans la ville de Grenoble et démarré une large collecte de mesure afin de supporter ces études.
En s’appuyant sur l’analyse de la littérature existante ainsi que sur les connaissances acquises au sein du laboratoire, le candidat devra
- Superviser et contribuer à la campagne de mesures
- Exploiter les données collectées afin de mieux comprendre les caractéristiques de propagation des signaux bande étroite dans différents environnements
- Développer une chaine de simulation de la propagation des signaux
- Affiner les calculs de borne de performance d’une localisation bande étroite
- Développer des algorithmes de localisation utilisant l’intelligence artificielle ainsi que la topologie 3D, et les comparer à ceux de l’état de l’art
- Contribuer des projets au travers de son travail de recherche
- Publier son travail dans des conférences et des journaux de qualité
Irradiations de cellules silicium haut rendement pour le spatial
Historiquement, le photovoltaïque s’est développé conjointement avec l’essor de l’exploration spatiale. Au cours des années 90, les cellules solaires III-V multi-jonctions ont progressivement remplacé le silicium, bénéficiant de performances et tenue aux irradiations supérieures. Aujourd’hui, le contexte est favorable à un renouveau du Si spatial : besoins de puissance PV croissants, missions à durées & contraintes modérées (LEO), cellules Si terrestres très bas coût & performante (type-p > 26% AM1.5g). Cependant, pour les cellules Si les méthodes et séquences de vieillissement sous irradiations classiques (ECSS) sont moins appropriées. La littérature datant principalement des années 1980 – 2000, il faudra revisiter la thématique avec les cellules Si dernière génération à contacts passivés (élaborées à l’INES) et les moyens uniques d’irradiation double faisceau du CEA (plateforme JANNuS du CEA Saclay).
Ces travaux s’inscrivent dans le cadre du projet SiNRJs à l’interface entre deux directions du CEA, sur les thématiques photovoltaïques spatial & irradiations matériaux. L’approche scientifique et technologique adoptée: 1. Fabrication de cellules Si à contacts passivés (HeT et/ou Poly-Si) d’épaisseur variable 2. Caractérisations optoélectroniques des propriétés des cellules avant irradiations (IV AM1.5/AM0, EQE, etc.) 3. Irradiations protons des cellules et échantillons, caractérisations in situ (Raman et Electroluminescence) 4. Caractérisations ex situ des propriétés optoélectroniques des cellules après irradiations (IV AM1.5/AM0, EQE, etc) 5. Analyse et synthèse des résultats. Scientifiquement, les verrous à lever concernent donc la compréhension des mécanismes/dynamiques de création/guérison de défauts sous cette double excitation électronique et balistique.
Conception et réalisation du contrôle magnétique de matrices de 1 000 qubits
L’ordinateur quantique est aujourd’hui un axe fort de recherche au CEA-LETI et dans de nombreux instituts et entreprises à travers le monde. En particulier, des champs magnétiques hautes fréquences localisés permettent de contrôler l’état de spin des qubits. Le passage à grande échelle (plus de 1 000 qubits) de cette technique de manipulation représente un véritable challenge technologique.
L’analyse bibliographique et les études déjà réalisées permettront de faire ressortir les avantages et les inconvénients des différentes techniques de contrôle. En collaboration avec les équipes d’intégration technologique, de simulation et de conception, de nouveaux développements technologiques et différents designs pourront être proposés pour mettre à profit les procédés disponibles (assemblages 3D, matériaux supraconducteurs…) et aboutir à la réalisation d’une preuve de concept pour le contrôle de qubits.
Décodeur neuronal auto-adaptatif pour une interface cerveau-moelle épinière clinique
Le CEA/LETI/CLINATEC lance un appel à candidatures pour un poste postdoctoral pour travailler sur le projet HORIZON-EIC. L'objectif du projet est d'explorer de nouvelles solutions de réhabilitation et de suppléance fonctionnelle pour les personnes en situation de handicap moteurs graves en utilisant une interface cerveau-machine (ICM) auto-adaptative. Les neuroprothèses enregistrent et décodent le signal neuronal cérébral pour activer des effecteurs (exosquelette, stimulateur de moelle épinière implantable, etc.) directement sans passage de commande de contrôle physiologique interrompu par une lésion de la moelle épinière. Un ensemble d'algorithmes pour décoder l'activité neuronale enregistrée au niveau du cortex cérébral (Electrocorticogram) a été développé à CLINATEC et testé dans le cadre de 2 protocoles de recherche clinique chez des tétraplégiques à Grenoble et chez des paraplégiques à Lausanne. Le postdoctorant contribuera aux prochaines avancées scientifiques ambitieuses répondant aux besoins médicaux des patients. L'amélioration cruciale de la convivialité peut être obtenue en atténuant le besoin d'un recalibrage constant du décodeur ICM en introduisant un cadre auto-adaptatif pour l’apprentissage du décodeur de manière incrémentale pendant l'utilisation des neuroprothèses autonome. L'ICM auto-adaptative (A-ICM) ajoute une boucle supplémentaire évaluant le niveau de cohérence entre les mouvements prévus de l'utilisateur et les actions effectuées à partir des données neuronales. Cette boucle peut fournir l’information sur les tâches ICM (labels) aux données enregistrées lors de l'utilisation autonome de la neuroprothèse. Les données labélisées peuvent être utilisées ensuite pour la mise à jour du décodeur en temps réel. Le décodeur neuronal innovant sera exploré et testé hors ligne et en temps réel dans le cadre d'essais cliniques en cours.