Suivi in situ 4D de l'évolution microstructurale dans des simulations atomistiques
Les progrès exponentiels du calcul haute performance ont permis le développement de simulations atomistiques à très grande échelle, capables de modéliser des systèmes contenant des milliards, voire des milliers de milliards d’atomes. Cependant, ces simulations génèrent des volumes de données colossaux, rendant le stockage et le post-traitement classiques de plus en plus coûteux et limitants. L’analyse in situ, réalisée directement pendant la simulation, apparaît alors comme une solution essentielle pour réduire le volume de données enregistrées, en ne conservant que l’information pertinente.
Dans ce contexte, le suivi 4D (espace et temps) de l’évolution microstructurale des matériaux soumis à des conditions extrêmes constitue un enjeu scientifique majeur. Les simulations atomistiques offrent une résolution spatiale permettant l’observation détaillée des défauts cristallins tels que les dislocations, le maclage, les lacunes et les pores, qui jouent un rôle clé dans les transformations de phase, la plasticité, la fusion/solidification et l’endommagement des matériaux. Le suivi temporel de ces structures permet d’analyser leurs mécanismes de formation, d’évolution et d’interaction, ainsi que leurs corrélations spatiales et temporelles.
Ce travail s’appuie sur la plateforme de calcul exaNBody et sur une méthode de clustering in situ développée dans le code ExaStamp, basée sur la projection des données atomiques sur une grille eulérienne 3D et leur traitement en temps réel. L’objectif est d’étendre cette approche à une dimension temporelle complète afin de suivre l’évolution des clusters en 4D. Cette extension permettra une analyse dynamique par graphes, offrant un accès aux propriétés temporelles des structures, à leurs trajectoires et à leurs comportements collectifs. À terme, ces avancées contribueront à améliorer la compréhension des mécanismes microscopiques hors équilibre et à développer des modèles prédictifs plus précis en science des matériaux.
Explications Formelles d'Intelligence Artificielle
Læ candidat·e prendra part au développement de l’analyseur formel PyRAT, développé au sein du laboratoire. Cet analyseur à l’état de l’art de la vérification formelle de réseaux de neurones est le siège d’autant de thématiques de recherches que d’applications industrielles pour le laboratoire. À ce titre, læ candidat·e évoluera à la frontière entre les mondes de la recherche scientifique et du développement logiciel industriel. Les missions de læ candidat·e sont les suivantes :
· Étude active et restitution de l’état de l’art de la vérification formelle de logicielle, en particulier celle portant sur les programmes d’Intelligence Artificielle, et les explications de programmes d’Intelligence Artificielle.
· Participation aux discussions et décisions scientifiques et techniques sur les améliorations à apporter dans l’analyseur PyRAT. Implémentation de ces améliorations.
· Développement du lien entre la thématique de vérification formelle et celle d’explicabilité formelle. Application et amélioration de PyRAT pour l’explicabilité formelle.
· Participation aux divers projets académiques, européens ou industriels autour de PyRAT et de l’explicabilité formelle et application aux cas d’usages étudiés.
· Rédaction de rapports techniques et/ou de publications scientifiques portant sur l’analyseur formel PyRAT.
· Support au développement de l’analyseur formel PyRAT, notamment par la rédaction de documentation, tutoriels, organisation de sessions de développement communes, relecture de contributions extérieures.
· Participation à des congrès (nationaux et internationaux) pour disséminer les travaux sur l’analyseur PyRAT et l’explicabilité formelle.
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.
Simulation d'effondrements de terrain et des vagues associées par un code 3D
Jusqu’à présent, les tsunamis générés par des effondrements de terrain sous-marins étaient modélisés au CEA par un code d’ondes longues 2D (Avalanche) adapté alors aux moyens de calcul mais qui, aujourd’hui, semble obsolète dans la littérature. Un premier post-doctorat (2023-2025) a montré que l’outil 3D OpenFoam permettait de simuler avec précision un effondrement de terrain et les vagues associées dans la zone de génération. Au cours de ce post-doctorat, un couplage entre le code CEA de propagation "2D" (Taitoko) et le code 3D a été mis au point de façon à propager les vagues à longue distance. Les travaux effectués seront poursuivis. Le premier objectif sera de se familiariser avec les outils mis au point et de publier le travail effectué sur l’effondrement de 80 Mm3 qui s’est produit en 1979 à Mururoa. L'objectif principal est ensuite de réaliser des simulations d’effondrements potentiels en zone Nord, sachant que la principale difficulté est de définir la géométrie de ces effondrements potentiels. La propagation des vagues sur de longues distances est simulée par un code tsunami "2D" couplé au code OpenFoam.
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.
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.
Étude de la formulation Vitesse-Vorticité-Pression pour discrétiser les équations de Navier-Stokes.
Les équations de Navier-Stokes incompressibles sont parmi les modèles les plus
utilisés pour décrire les écoulements d’un fluide newtonien (c’est-à-dire un fluide dont la viscosité est indépendante des forces extérieures appliquée au fluide). Ces équations modélisent le champ de vitesse et le champ de pression du fluide. La première des deux équations n’est autre que la loi de Newton, tandis que la seconde découle de la conservation de la masse dans le cas d’un fluide incompressible (la divergence de la vitesse est nulle). L’approximation numérique de ces équations est un véritable défi en raison de leur caractère tridimensionnel et instationnaire, de la contrainte de divergence nulle et enfin de la non-linéarité du terme de convection. Il existe différentes méthodes de discrétisation, mais pour la plupart de ces méthodes, l’équation de conservation de la masse n’est pas satisfaite exactement. Une alternative consiste alors à introduire comme inconnue supplémentaire la vorticité du fluide, égale au rotationel de la vitesse. On réécrit alors les équations de Navier-Stokes avec trois équations. Le post-doc consiste à étudier d'un point de vue théorique et numérique cette formulation et de proposer un algorithme de résolution efficace, dans le code TrioCFD.
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.