Formalisation du domaine de responsabilité des acteurs du marché de l’électricité
Le CEA développe actuellement un outil de simulation qui modélise les échanges d’énergie entre les acteurs du marché de l’électricité mais qui modélise, en plus, les échanges d’information entre ces mêmes acteurs. Les premiers résultats de ce travail de modélisation montrent que, pour certains schémas d’échange d’énergie prévus récemment dans la règlementation, des interactions ‘indirectes’ entre acteurs peuvent apparaître et potentiellement leur causer des préjudices financiers (par exemple, la défaillance d’une source de production de l’un peut impacter les revenus d’un autre). Ainsi, les frontières qui délimitaient nettement jusqu’alors les domaines de responsabilité de chacun des acteurs pourraient être amenées à s’estomper et leurs domaines de responsabilité pourraient se ‘recouvrir’. Le candidat aura pour missions de :
- Définir formellement le domaine de responsabilité d’un acteur du marché de l’électricité,
- Modéliser les interactions, y compris ‘indirectes’, qui peuvent apparaître entre ces acteurs,
- Appliquer des techniques de preuves formelles (de type ‘model-checking’) pour détecter les recouvrements des domaines de responsabilité,
- Définir les conditions d’échange entre les acteurs qui garantiraient le non-recouvrement des domaines de responsabilité.
Suivi dynamique par diffusion de la lumière du transfert de matière entre phases dans des écoulements multiphasiques
La compréhension et la modélisation des procédés de recyclage étudiés au CEA nécessitent la mesure des propriétés locales et moyennes des écoulements multiphasiques impliqués dans les différents appareils de génie chimique étudiés. La R&D étant en outre généralement basée sur des expérimentations à petite échelle, l’accès à ces grandeurs est bien souvent difficile, et ne doit, bien entendu, pas perturber le système observé. Dans ce contexte les méthodes optiques, associées à une simulation fine des phénomènes physiques d’interactions lumière/matière, sont particulièrement appropriées et font l’objet depuis plusieurs années de développements spécifiques. C’est pourquoi, le DMRC/LGCI étudie, en collaboration avec des partenaires académiques (CNRS/IUSTI), deux techniques interférométriques optiques adaptées à la caractérisation dans les appareils utilisés en R&D procédé : l’HN en ligne et la Réfractométrie Arc-en-Ciel (RAC). Les études antérieures ont montré que l’HN permet une mesure simultanée de la position 3D, de la forme et de la taille, de particules au sein d’un écoulement, y compris en géométries astigmatiques, alors que la seconde donne accès à la taille et à l’indice de réfraction d’une particule isolée ou d’un nuage de particules, ce qui, dans le contexte de l’optique linéaire, est directement liée à leur composition. Ces travaux visent à aller plus loin dans la caractérisation des écoulements multiphasiques avec ces deux techniques en poursuivant trois objectifs principaux: 1) proposer des solutions originales pour caractériser par holographie numérique en ligne le matériau des particules détectées, 2) repenser les méthodes inverses de la réfractométrie arc-en-ciel pour permettre l’étude de nuages de particules de composition variable et les gradients autour d’une goutte sessile, 3) évaluer l’applicabilité de ces différentes solutions sur des systèmes micro fluidiques.
Etude de regime transitoire de dispersion d’hélium pour simuler un relâchement accidentel d’hydrogène d’une pile à combustible
Le CEA et des partenaires industriels souhaitent améliorer leurs connaissances, modèles et moyens de gestion du risque d’un relâchement accidentel d’hydrogène d’une pile à combustible dans un volume partiellement confiné (typiquement un garage individuel). Le post doctorant réalisera l’étude expérimentale de l’écoulement transitoire d’un relâchement d’hélium (fluide simulant) pour différentes configurations : piles à combustible idéalisées avec différents rapports d’aspects et différentes tailles. Des mesures de concentration en hélium seront réalisées à l’aide de catharomètres, complétées éventuellement par des mesures de champs de vitesse (P.I.V). Des moyens de mitigation seront également testés. Enfin les modèles (analytique et/ou simulations numériques) seront comparés aux résultats expérimentaux.
Le post-doctorant sera accueilli dans un laboratoire qui a développé une expertise depuis plusieurs années sur le risque hydrogène, notamment en lien avec les nouvelles technologies de l’énergie (piles à combustible hydrogène). Plusieurs publications paraissent chaque année (thèses, chercheurs). Le travail du post-doctorant s’inscrit dans une collaboration organisme de recherche / industriels.
Report de composants de puissance pour amélioration des performances
Une thèse actuellement dans le laboratoire a permis de démontrer l’intérêt du report d’un HEMT de puissance en GaN sur une embase métallique en cuivre vis-à-vis du self heating sans dégrader la tenue en tension du composant.
Il y a encore beaucoup de points à étudier pour améliorer au mieux les composants de puissance.
Actuellement des labos comme l’IEMN, HKUST et MIT s’intéressent à ce procédé et étudient des solutions connexes.
Nous proposons de comprendre quelle est la meilleure intégration à faire pour éliminer le self-heating et augmenter la tenue en tension du composant initial. L’impact sur la polarisation du GaN et sur la qualité du gaz 2D sera analysée.
La même approche pourra être faite si besoin sur les composants RF.
Différents empilements seront réalisés par le post-doc et il aura en charge de réaliser les caractérisations électriques. La compréhension du rôle de chaque partie de la structure sera primordiale pour décider de l’empilement final.
Ce procédé sera également amené en grandes dimensions.
Ce post-doc travaillera si besoin en collaboration avec les différentes thèses sur les composants de puissance.
Simulation de l’échange thermique entre fluide et structure dans des canaux turbulents
En ce moment il y a un effort considérable en Europe dans le domaine des Grands Lasers de puissance, de l’ordre du PetaWatt, avec des taux de répétition élevés (de 1 à 10 Hz) : sans parler du programme MegaJoule à Bordeaux, et du laser « Petale » - où le taux de répétition est cependant très bas – , de grands projets sont en cours en Europe Orientale avec les 3 projets « ELI », en France avec le laser « Apollon » (10 PW) , tous projets de lasers PW répétitifs pour la science et les applications. Ces grands projets entrainent – et exigent – une maitrise parfaite des défis technologiques que posent les grands lasers. Aux forts taux de répétition, la thermique est un des défis les plus importants.
Pour le relever, et préparer l’avenir, le CEA (Grenoble et Saclay, avec une collaboration du LEGI à Grenoble) a décidé de lancer un programme de R&D avec les tâches suivantes : (i) simulation du refroidissement d’amplificateurs lasers ; (ii) validation expérimentale des calculs ; (iii) conception d’un système de refroidissement adapté aux futurs lasers de puissance à fort taux de répétition : pour cela, l’hélium gazeux à basse température est un fluide particulièrement intéressant pour les raisons suivantes : 1. Travailler à basse température permet de maximiser la conductivité thermique des matériaux amplificateurs, en sorte que la température y soit bien homogène, condition sine qua non pour garder la cohérence du faisceau. 2. En outre, l’efficacité de l’amplification est supérieure lorsque l’on travaille à basse température (50 – 150 K). La maitrise de la température des amplificateurs se fait par l’échange thermique entre le fluide caloporteur et les amplificateurs.
Le post doctorat proposé se situe au niveau de la tâche (i) : simulation du refroidissement des amplificateurs et de l’écoulement de fluide caloporteur.
Simulation des écoulements d’hélium supercritique dans les circuits de refroidissements des tokamaks
Les futurs réacteurs de fusion de type tokamak (ITER, DEMO) devront démontrer la sûreté nucléaire de leurs systèmes, validée par des codes de thermo-hydraulique. Pour répondre à cette demande nous proposons de choisir comme outil de calcul scientifique le code CATHARE (code avancé de thermo-hydraulique pour les réacteurs à eau). Le travail proposé consistera à adapter le code CATHARE à l’hélium à basse températures et par la suite le comparer dans le cadre d’un benchmark avec les codes de la DRF et des données expérimentales disponibles au CEA Grenoble.
L’étude sera menée en trois étapes. Une première phase sera dédiée à une recherche bibliographique sur la thermo-hydraulique de l’hélium et à l’identification des relations de fermeture pour l’hélium monophasique. Dans un deuxième temps l’ingénieur implémentera ces lois dans le code. Enfin la dernière partie portera sur la validation des résultats. Cette validation consistera à réaliser un benchmark qui s’appuiera sur trois applications : étude d’une cryo-pompe, étude d’un circuit de décharge d’hélium super-critique et étude d’un câble supra-conducteur.
Simulation des phénomènes de noyage dans les PEMFC
La pile à combustible à membrane échangeuse de protons (PEMFC) est aujourd’hui considérée comme une solution pertinente pour une production d’énergie électrique décarbonée, aussi bien pour des applications transport que stationnaire. La gestion des fluides à l’intérieur de ces piles a un impact important sur leur performance et leur durabilité. Les phénomènes de noyage dus à l’accumulation d’eau liquide sont bien connus pour nuire au fonctionnement des piles, provoquant des chutes de performance et des dégradations pouvant être irréversibles. Avec l’utilisation de canaux de plus en plus fins dans des piles toujours plus compactes, ces phénomènes deviennent de plus en plus fréquents. L’objectif de ce post-doc est de progresser dans la compréhension du noyage dans les PEMFC. Les travaux consisteront à analyser le lien entre les conditions de fonctionnement, le design des canaux et les matériaux utilisés dans les cœurs de pile. Ils seront basés sur une approche de modélisation des écoulements diphasiques à différentes échelles, en commençant par une échelle locale au niveau d’une dent et d’un canal, pour parvenir, via une remontée d’échelle, jusqu’au niveau de la cellule complète. L’étude s’appuiera également sur de nombreux résultats expérimentaux obtenus au CEA ou dans la bibliographie.
Packaging innovant pour la puissance : application aux composants grand gap SiC
En continuité des travaux de thèse en cours sur l’assemblage 3D de composants de puissance verticaux sur technologie Si, le but de ce post-doc est de développer, à partir de l’expérience acquise, un assemblage similaire sur composants verticaux sur techno SiC. Le travail demandé sera de définir les composants (haute fréquence/haute tension) avec le fournisseur afin de les adapter au mieux à l’intégration verticale (finition Cu, topologie, …), d’adapter le design du frame pour l’assemblage 3D en conséquence, ainsi que de développer la technologie de report adaptée à ce nouveau matériau/substrat. Le candidat prendra également en charge les caractérisations électriques de l’empilement afin de démontrer les avantages de cette intégration 3D sur les composants grand-gap. En complément du sujet, une troisième source de dispositifs de puissance est disponible au laboratoire avec une analyse design approfondie à réaliser afin d’adapter les dispositifs au packaging 3D.
Conception d’un circuit intégré de puissance en GaN sur Si, caractérisation, mise en oeuvre
L’objectif est de proposer une solution innovante permettant d’alimenter une électronique basse tension (3 à 12VDC) ou de charger des accumulateurs, à partir de tensions alternatives industrielles (230VAC/400VAC). Ce type de dispositif devrait bénéficier fortement de l’apport des technologies de passifs intégrés et des possibilités offertes par les ASIC développés au Leti, en particulier les ASIC en GaN. Ce programme de recherche s’inscrit dans la ‘’roadmap puissance’’ du Leti. A partir de l’état de l’art et de concepts envisagés par des chercheurs du CEA, le post-doctorant devra imaginer une solution originale, en faire la conception, puis caractériser le système ainsi réalisé. Le programme de recherche implique d’autres partenaires académiques ce qui permet au post-doctorant de s’immerger dans un contexte de recherche amont. Une application industrielle a été identifiée. Le post-doctorant sera encouragé à enrichir le sujet par des fonctions additionnelles au niveau du contrôle (régulation) à très hautes fréquence, de la transmission de signaux isolés via le convertisseur ou tout autre sujétion
Développement d’outils de simulation dédiés au contrôle non destructif par thermographie infrarouge
Le CEA LIST développe des outils de simulation de procédés de contrôle non destructifs (CND), intégrés à la plate-forme CIVA. Les méthodes adressées à ce jour dans la plate-forme sont les techniques ultrasons, courants de Foucault et radiographie. Le TREFLE est, quant à lui, un laboratoire de référence en thermique et a développé des approches originales de modélisation de procédé de contrôle par thermographie infrarouge (IR). Dans le cadre d’un projet financé par la Région Aquitaine, ces deux laboratoire collaborent au développement d’outils de simulation du CND par thermographie, orientés vers les métiers du CND et accessibles à des non-numériciens.
L’objectif du post-doctorat proposé est le développement de modèles (dans un environnement Matlab) permettant la résolution en régime transitoire de problèmes de transfert de chaleur dans des milieux plans multicouches (proches de matériaux composites utilisés en aéronautique), éventuellement anisotropes, dans des conditions d’excitation flash ou périodique et correspondant à une irradiation uniforme ou ponctuelle.
Profil du candidat:
- Matlab, bon niveau,
- Connaissance des transformations intégrales,
- Connaissances physiques, expérimentales et instrumentales en thermique, et thermographie IR,
- Anglais, bon niveau de communication scientifique (rédaction de publication, présentations des travaux).