Étude des attaques potentielles sur les données et les modèles et de leurs contre-mesures dans le contexte de l'IA distribuée pour les systèmes énergétiques intelligents
Ce post-doctorat s’inscrit dans le contexte du projet de recherche AI-NRGY qui vise à proposer une architecture distribuée basée sur l'IA pour les systèmes énergétiques intelligents composés d'un grand nombre de composants dynamiques (par exemple, les réseaux intelligents, les véhicules électriques, les sources d'énergie renouvelables). Plus précisément, l'objectif de ce post-doctorat est de protéger les services basés sur l'IA contre les perturbations malveillantes susceptibles d'affecter les fonctionnalités essentielles des systèmes énergétiques. Deux types de menaces peuvent être étudiés : les menaces pour la vie privée (telles que l'inversion de modèle ou l'extraction de données) et les menaces pour la sécurité (telles que les attaques par évasion ou l'empoisonnement des données).
Les menaces pour la vie privée ont été largement abordées par la communauté scientifique et le CEA a mené des travaux approfondis sur l'intégration et l'optimisation de primitives de cybersécurité solides pour sécuriser l'apprentissage fédéré. Cependant, les menaces de sécurité émergentes comme l'empoisonnement de modèles (qui découle de l'empoisonnement de données) et les attaques adverses, nécessitent désormais un traitement supplémentaire. L'empoisonnement des données est une cyberattaque qui peut simplement compromettre la convergence de la phase d'apprentissage et aboutir à des modèles peu performants, mais également être utilisé pour intégrer une « porte dérobée » dans le modèle appris qui permet de manipuler le résultat attendu.
Ce post-doctorat permettra au candidat de mener des recherches théoriques et appliquées dans le domaine de la protection de la vie privée et de la sécurité dans l'apprentissage automatique distribué, en particulier dans le contexte des systèmes énergétiques intelligents, plus précisément, d’étudier les menaces potentielles et de proposer des solutions pour défendre contre les attaques identifiées comme les plus pertinentes.
Dépolymérisation en milieu hydrothermal d’un mélange de plastiques en fin de vie en vue de recyclage/réutilisation
Les matériaux plastiques en fin de vie sont faiblement recyclés du fait de contraintes techniques, sanitaires ou structurelles. Pour répondre à cette problématique, une voie de solvolyse peut être considérée de sorte à récupérer monomères précurseurs ou autres molécules valorisables. Si de bons résultats sont obtenus sur des flux préalablement triés, cette méthode reste sensible à la composition du flux entrant, ainsi qu’à la présence de contaminants. Le Laboratoire des Procédés Supercritiques et de Décontamination a mis au point une méthode originale de dépolymérisation en conditions hydrothermales (150 à 300°C et pression autogène) permettant d’envisager le traitement d’un mélange de polymères en fin de vie (PET, PU, PC, PE, PVC). Une étude paramétrique sera effectuée sur un mélange de polymères de composition fixée en étudiant l’influence des paramètres procédé sur la composition des phases aqueuses et organiques, de sorte à définir des critères de performance tels que les rendements de conversion et de dépolymérisation. Plusieurs déchets plastiques en fin de vie, seuls ou en mélange seront considérés, de sorte à mettre en lumière un possible effet synergique sur la récupération de tout ou partie des monomères/produits valorisables. Enfin, un bilan énergétique et matière sera mis en œuvre en vue d’étudier le cycle de vie complet du procédé et d’évaluer la pertinence du procédé de dépolymérisation en conditions hydrothermales.
Développement de nouvelles résines recyclables et biosourcées pour l'allègement des composites dans les batteries
Les composites polymères renforcés par des fibres sont des matériaux haute performance obtenus à partir d'une résine thermodurcissable et d'un renfort de fibres continues que l'on retrouve dans les enveloppes des batteries à divers niveaux (batterie, module), et qui sont aujourd'hui pétro-sourcés et difficilement recyclables.
Les voies disponibles pour recycler de tels matériaux consistent à provoquer des ruptures des liaisons covalentes de la résine par voie chimique (acides ou oxydants forts) ou thermique (craquage), entrainant un coût énergétique important et des effluents difficiles à valoriser. Ces approches sont malgré tout développées aujourd’hui pour valoriser les fibres de carbone, qui représentent l’essentiel du coût des composites, la matrice thermodurcie étant sacrifiée.
Le sujet de post-doc consistera à développer des résines alternatives à celles utilisées dans les composites actuels et qui sera biosourcée et recyclable. Des monomères biosourcés seront sélectionnés et/ou modifiés, et la recyclabilité sera apportée par l'intégration de liaisons dynamiques dans le système qui fera l'objet d'une optimisation. Les résines seront caractérisées du point de vue chimique et mécanique. Ensuite, une version moussée de cette première résine sera développée et caractérisée également.
Les résines développées seront ensuite utilisées pour former des composites renforcés par des fibres (de carbone ou naturelles) qui seront également caractérisés et optimisés. En fin de projet, les résines développées permettront de former un prototype de composite pour une application dans les batteries.
Conception et déploiement de stratégies innovantes de pilotage pour les réseaux énergétiques intelligents
Les réseaux de chaleur (RdC) jouent un rôle crucial dans les stratégies de transition énergétique grâce à leur capacité à intégrer efficacement les énergies renouvelables et la chaleur de récupération. En France, la stratégie nationale bas-carbone met l’accent sur l’expansion et l’optimisation des RdC, y compris des réseaux de plus petite taille avec plusieurs sources de chaleur comme le solaire thermique et le stockage. Les systèmes de contrôle intelligents, tels que le contrôle prédictif basé sur des modèles (MPC), visent à remplacer les pratiques manuelles basées sur l’expertise humaine pour améliorer l’efficacité. Cependant, le déploiement de systèmes de contrôle avancés sur de petits réseaux reste difficile en raison des coûts et de la complexité liés au matériel et à la maintenance.
Les solutions industrielles actuelles pour les grands RdC utilisent la programmation linéaire en nombres entiers mixtes (MILP) pour l’optimisation en temps réel, tandis que les petits réseaux s’appuient souvent sur des systèmes à base de règles. Les travaux de recherche se concentrent sur la simplification des modèles MPC, l’utilisation de pré-calculs hors ligne ou l’intégration de l’apprentissage automatique pour réduire la complexité. Des études comparatives évaluent diverses stratégies de contrôle en termes d’adaptabilité, d’interprétabilité et de performance opérationnelle.
Ce projet postdoctoral vise à faire progresser les stratégies de contrôle des RdC en développant, testant et déployant des approches innovantes sur un site expérimental réel. Il s’agit de créer et de comparer des modèles de contrôle, de les implémenter dans un simulateur physique, et de déployer les solutions les plus prometteuses. Les objectifs incluent l’optimisation des coûts d’exploitation, l’amélioration de la robustesse des systèmes et la simplification du déploiement.
Post-doctorant Electrochimie du solide / Matériaux céramiques et métalliques / Corrosion à haute température
La technologie haute température (650-850°C) à Oxydes Solides (SOCs) est l'une des technologies de convertisseurs électrochimiques les plus prometteuses en termes d'efficacité, de coût et de caractère réversible entre les modes pile à combustible (SOFC) et électrolyse (SOEC). Mieux comprendre et limiter les phénomènes d’oxydation et d’évaporation du chrome des interconnecteurs métalliques via l’utilisation de revêtements reste un enjeu majeur pour l’optimisation de la durabilité du système en fonctionnement SOFC et SOEC (dégradation 3000h). Le travail de post-doctorat constitue l’essentiel de ce projet et est financé en intégralité par celui-ci. L’évaluation de revêtements protecteurs ainsi que d’une couche de contact se fera principalement grâce à des caractérisations électrochimiques des performances et de la durabilité de la cellule adjacente ainsi que des caractérisations microstructurales post-test, comparé à l’acier nu. Cette étude devrait donner lieu à 1 publication et 1 présentation à l’EFCF en 2026 a minima.
Correction numérique de l’état de santé d’un réseau électrique
Les défauts de câbles sont généralement détectés lorsque la communication est interrompue, ce qui entraîne des coûts et des temps de réparation non négligeables. De plus, l’intégrité des données devient un enjeu majeur en raison des menaces d’attaques et d’intrusions accrues sur les réseaux électriques, qui peuvent perturber la communication. Pouvoir distinguer une perturbation due à la dégradation de la couche physique d’un réseau électrique ou à une attaque en cours sur le réseau énergétique, permettra de guider la prise de décision concernant les opérations de correction, notamment la reconfiguration du réseau et la maintenance prédictive, afin de garantir la résilience du réseau. Le sujet propose d’étudier la relation entre les défauts naissants sur les câbles et leur impact sur l’intégrité des données dans le cadre d’une communication par lignes électriques ou PLC (Power Line Communication). Les travaux se baseront sur le déploiement d’une instrumentation utilisant la réflectométrie électrique, combinant des capteurs distribués et des algorithmes d’IA pour le diagnostic en ligne des défauts naissants sur les réseaux électriques. En présence de certains défauts, des méthodes avancées d’IA seront appliquées afin de corriger numériquement l’état de santé de la couche physique du réseau électrique et garantir ainsi sa fiabilité.
ANALYSES MULTI CRITERES DES TECHNOLOGIES DE PRODUCTION D’HYDROGENE PAR ELECTROLYSE
Le LITEN, fortement impliqué sur les technologies d’électrolyse, souhaite comparer via une analyse multi critères toutes les technologies d’électrolyse aujourd’hui soit disponibles commercialement (AEL, PEMEL), en phase de pré-industrialisation (SOEL), ou en phase de R&D (AEMEL et PCCEL).
Nos études précédentes étaient basées sur des cas d’usage précis (hypothèses figées sur la taille de l’usine, la source d’électricité, la technologie, …).
L’objectif de ces nouveaux travaux est de pouvoir positionner les différentes technologies d’électrolyse selon des paramètres qui seront à définir en début de projet, ces paramètres étant de type contextuel (ex nombre d’heures de fonctionnement, flexibilité attendue), techniques (ex rendement, durée de vie) ou technico économiques (ex CAPEX OPEX) et environnementaux (ex impacts GES, matières). . Il s’agira ici de développer une méthodologie originale qui permette de définir les domaines de pertinence de chacune des technologies d’électrolyse selon ces paramètres, en fonction par exemple du cout de l’hydrogène produit et de son impact environnemental
Simulation du transport thermique à des températures sub-Kelvin
La gestion thermique dans les ordinateurs quantiques est une tâche urgente et cruciale. Alors que le nombre de qubits augmente rapidement, davantage de circuits électriques sont placés près des qubits pour les faire fonctionner. Le chauffage par effet Joule de ces circuits pourrait considérablement réchauffer le dispositif de qubit, dégradant ainsi sa fidélité. Avec une activité intensive dans le domaine de l'informatique quantique à Grenoble, nous (CEA-LETI, Grenoble, France) recherchons un chercheur post-doctorant enthousiaste pour étudier le transport thermique à des températures cryogéniques (sous-Kelvin).
Le post-doctorant appliquera la fonction de Green hors équilibre par éléments finis [1], développée dans le groupe de Natalio Mingo au CEA-Grenoble, pour simuler le transport des phonons dans diverses structures conçues. Le résultat de la simulation favorisera la comparaison avec les expériences en cours et les discussions constructives afin d'optimiser la gestion thermique.
[1] C. A. Polanco, A. van Roekeghem, B. Brisuda, L. Saminadayar, O. Bourgeois, and N. Mingo, Science Advances 9, 7439 (2023).
Méthodes de reconstruction avancées pour la cryo-tomographie électronique appliquée à des échantillons biologiques
La Cryo-tomographie électronique (CET) est une technique puissante pour l'analyse structurelle en 3D d'échantillons biologiques dans leur état quasi naturel. Au cours de la dernière décennie, CET a connu des avancées remarquables en matière d'instrumentation, mais la rétroprojection filtrée (FBP) reste la méthode de reconstruction standard pour CET. En raison des dommages causés par les radiations et de la plage d'inclinaison limitée du microscope, les reconstructions FBP souffrent d'un faible contraste et d'artefacts d'élongation, connus sous le nom d'artefacts de « missing wedge » (MW). Récemment, les approches itératives ont suscité un regain d'intérêt pour améliorer la qualité et donc l'interprétabilité des reconstructions CET.
Dans ce projet, nous proposons d'aller au-delà de l'état de l'art en matière de CET en (1) appliquant des algorithmes de compresse sensing (CS) basés sur les curvelets et les shearlets, et (2) en explorant des approches d'apprentissage profond (DL) dans le but de débruiter et corriger les artefacts liés au MW. Ces approches ont le potentiel d'améliorer la résolution des reconstructions TEC et donc de faciliter les tâches de segmentation.
Le candidat réalisera une étude comparative des algorithmes itératifs utilisés dans les sciences de la vie et des approches CS et DL optimisées dans ce projet pour les structures curvilignes et les contours.
Exploration de solutions microfluidiques dans la fabrication de cibles pour la production d’énergie par fusion
Dans le cadre d’un appel à projet sur les « réacteurs nucléaires innovants », le projet TARANIS consiste à étudier la possibilité de production d’énergie par une centrale à fusion par confinement inertiel initiée par lasers de puissance. Le contexte actuel incitant le développement des énergies décarbonnées et les expériences de fusion conduites par les équipes américaines du NIF rendent très favorable la conduite de recherches de haut niveau visant à produire à terme une source d’énergie économiquement intéressante basée sur la fusion inertielle.
Parmi les nombreux verrous techniques à surmonter, la production de cibles de fusion avec un schéma réactionnel adapté et compatible avec la production d’énergie est un enjeu majeur. Le CEA dispose d’un savoir-faire permettant de produire des lots de capsules contenant les éléments fusibles de la réaction. Toutefois le procédé actuel n’est pas adapté à une production de masse de centaines de milliers de capsules par jour à un coût acceptable.
L’une des voies à fort potentiel repose sur l’usage de dispositifs microfluidiques, pour lesquels le Laboratoire des Systèmes Microfluidique et Bioingénierie (LSMB) du Département Technologies et Innovation pour la Santé (DTIS) de la DRT du CEA dispose d’une expertise reconnue.