Etude du refroidissement d’un système électronique compact
Les technologies 3D, qui consistent à empiler en verticale un ou plusieurs composants électroniques, constituent un axe de recherche mondial, tant au niveau architecturale qu’au niveau fabrication. La région grenobloise est au cœur de ces avancées technologiques grâce à des démonstrations de 1ere mondiale qui positionnent le Cea-Léti parmi les leaders dans ces technologies avancées.
L’un des points critiques de ces technologies innovantes est de contrôler la gestion de la thermique dans de tels composants 3D quelle que soit l’application finale visée. Les solutions classiques d’aujourd’hui comme l’ajout d’un ventilateur ne peuvent s’adapter à toutes les contraintes, et peuvent s’avérer d’une efficacité limitée. Les solutions technologiques intégrées sont donc aujourd’hui incontournables et sont envisagées à deux niveaux différents du composant; soit la thermique est gérée directement dans les puces en silicium qui constituent l’empilement en 3D, soit au niveau du packaging du composant ainsi échafaudé. Il peut aussi être envisagé de coupler les deux solutions.
L’objectif de cette étude constitue en 1er lieu à réaliser un état de l’art complet des technologies existantes en vue de les évaluer pour les composants développés au Leti. Cette évaluation reposera sur des simulations thermiques adaptées aux composants et une analyse critique complète basée sur les critères faisabilité technologique, efficacité attendue, consommation éventuelle, et coût aboutira à choisir la solution la plus pertinente.
La seconde partie du travail sera ainsi consacrée à la mise en œuvre de cette solution. En s’appuyant sur des experts de la technologie silicium et du packaging, le candidat aura pour mission de contribuer à la conception du composant (dimensionnement et réalisation) et à sa caractérisation.
Ce poste s’adresse à un chercheur ayant de solides connaissances dans les domaines de la thermique et des composants microélectroniques.
Mise en mouvement de gouttes par effet de gradient d’énergie de surface
La mise en mouvement de gouttes par effet d’électro-mouillage est maintenant étudiée et utilisée dans de nombreux systèmes et applications. Pour être opérante cette technique nécessite d’utiliser un champ électrique. Dans le cadre de cette étude postdoctorale, l’objectif est d’établir une méthode alternative à l’utilisation d’un champ électrique pour assurer la mise en mouvement d’une goutte de liquide. Aussi, l’élaboration de surfaces à gradient d’énergie de surface, réalisées par dépôt de couches minces ou par technique de texturation (ablation laser), est prévue. La principale difficulté technique va résider dans la maîtrise de la réalisation des motifs pour l’obtention de surfaces à énergie de surface différentes. En dehors des techniques dites « classiques » de réalisation de surface à gradient d’énergie de surface, une technique alternative avec utilisation de molécules activables par modification, soit du potentiel hydrogène (pH), soit de la température de paroi sera aussi étudié. Pour toutes les surfaces, un travail sur l’étude du couplage entre le gradient d’énergie de surface et la présence d’un gradient thermique sur la dynamique de déplacement de goutte sera aussi effectué.
Purification de l’hydrogène issu d’un reformeur par un dispositif électrochimique
Ce projet vise à mettre en place un nouvel axe de recherche et développement sur les dispositifs de purification pour les reformeurs pour alimenter les piles à combustible en hydrogène. Ce travail est de première importance pour réaliser des systèmes à base de piles à combustible alimentés par différentes sources d’hydrocarbures. Utilisée en mode « power full » ou « range extender », le reformeur et son système de purification des gaz sont des éléments de la chaîne qu’il convient d’optimiser
L’objectif du projet est de proposer un dispositif électrochimique de purification du gaz issu d’un reformeur dont le principe de base s’apparente à celui d’un électrolyseur PEM. Les gaz issus du reformeur subissent une oxydation électrocatalytique sélective permettant de séparer l’hydrogène des polluants usuels et d’alimenter directement une pile à combustible.
Le projet portera principalement sur la sélection et la caractérisation des performances électrocatalytiques de catalyseurs ainsi que la réalisation de prototypes fonctionnels.
Ces développements permettront d’évaluer la pertinence économique du dispositif vis-à-vis d’autres systèmes et d’identifier les axes de recherche à développer par la suite.
Etude et réalisation de dispositifs prototypes de récupération d’énergie de type thermique par couplage entre thermique et fluidique, puis conversion électrique. Application aux circuits électroniques.
L’objectif de cette étude est d’explorer les possibilités d’utiliser des systèmes de couplage entre fluidique et thermique pour récupérer l’énergie thermique libérée par un circuit électronique et la convertir en énergie électrique, à nouveau disponible pour stockage ou utilisation. Dans ces systèmes, la fluidique peut aussi avoir un rôle de refroidissement.
Les deux étapes principales seront la conception de dispositifs d’étude permettant de contrôler les modes de fonctionnement du système fluidique soumis à une source de chaleur constante (couplage thermo-fluidique) et la recherche des meilleures conditions de couplage avec les dispositifs de conversion en électricité, en particulier piézo-électriques. L’étude devra aussi explorer les nouveaux mécanismes en jeu dans les systèmes fluidiques aux petites échelles par rapport aux modèles connus à l’échelle macroscopique. Le travail sera essentiellement expérimental mais inclura aussi sur une partie de simulation.
L’étude devra permettre d’estimer le rendement de récupération d’énergie ainsi que les densités de puissance mises en jeu dans ce type de dispositifs.
Evaluation procédés de la filière de production de biocarburants de 3ème génération à partir de micro-algues
Le CEA contribue à l’exploration de la voie biocarburants de 3ème génération par les micro-algues pour la partie recherche amont en biologie (compréhension des mécanismes biologiques et optimisation des performances des microorganismes) par un programme de recherches à la Direction des sciences du Vivant (DSV – CEA Cadarache). L’institut LITEN, au sein de la Direction de la Recherche Technologique (DRT) travaille sur la filière biocarburant 2nde génération, couvrant les domaines allant de la ressource végétale ou déchet jusqu’à l’intégration industrielle, économique et environnementale des procédés étudiés.
Il est proposé dans le cadre de ce contrat postdoctoral d’utiliser les approches développées au LITEN pour :
- faire une étude prospective de l’intégration procédé en vue de la production de carburants à partir de micro-algues
- mener une étude technico-économique des solutions procédés les plus prometteuses dans le domaine de la 3ème génération et l’utilisation industrielle des micro-algues
- d’évaluer l’impact environnemental (en particulier CO2) de ces procédés
Ce travail s’inscrira dans le cadre d’une collaboration entre les deux unités de DSV et de la DRT/LITEN, la première apportant ses connaissances très pointues et plutôt fondamentales en matière de performances techniques du micro-organisme, la seconde apportant la compétence procédé et évaluation technico-économique de filières. Le candidat, basé à Grenoble, sera donc amené à de fréquents déplacements entre Grenoble et Cadarache.
Gestion Système Multi-Agent optimale des réseaux de chaleur intégrant du stockage thermique
Le travail proposé vise à contribuer au développement des premières briques d’une plate-forme logicielle basée sur les environnements Modelica/JADE (java) permettant de modéliser, simuler et optimiser le pilotage des réseaux de chaleur grâce à l’utilisation de modèles de stockages thermiques compatibles: spécifier les interfaces des données nécessaires et suffisantes pour le contrôle des stocks du réseau, implémenter les éléments contrôlés dans le réseau de chaleur, de définir des modèles simplifiés des principaux composants du réseau de chaleur à intégrer dans les agents(production, distribution/stockage, consommation), et de concevoir des modèles prédictifs de consommation et de production afin de pouvoir anticiper l’évolution du système. L’évaluation des performances se fera sur le cas test construit dans l’environnement de simulation Modelica.
La carbonisation hydrothermale en tant que prétraitement des déchets avant leur conversion thermochimique par gazéification
La gazéification, transformation thermochimique généralement réalisée à environ 850°C, permet de produire un gaz utilisable en cogénération, ou pour la synthèse de produits chimiques ou de carburants. Des verrous subsistent essentiellement pour la gazéification de déchets d'origine biogénique ou fossile : alimentation irrégulière dans le réacteur due à une hétérogénéité en forme et composition ; formation de polluants inorganiques gazeux (HCl, KCl, NaCl, H2S) ou organiques (goudrons), qui gênent le procédé et/ou diminuent son efficacité, et doivent impérativement être nettoyés avant l’application finale.
L'objectif du post-doctorat sera de tester et d'optimiser une étape de prétraitement de la ressource par carbonisation hydrothermale (HTC). Cette transformation est réalisée à 180-250°C, dans un milieu humide et pressurisé (2-10 MPa). Le produit principal est un résidu solide carboné (hydrochar), valorisable par gazéification. L’HTC vise à limiter le relâchement de polluants organiques et inorganiques lors de la gazéification, et à homogénéiser et améliorer la forme physique de la ressource.
La démarche s’appuiera sur : des expérimentations en réacteurs batch sur des ressources et matériaux modèles préalablement sélectionnés, associées à une quantification et analyse des produits formés ; une analyse des résultats visant à élucider les liens entre la ressource et les propriétés de l’hydrochar en fonction des conditions opératoires ; une évaluation des rendements matière et énergie du procédé HTC-gazéification.
Couplage entre les répartitions d’eau et de densité de courant dans une PEMFC en fonctionnement
L’objectif du travail est d’étudier les couplages entre les répartitions de densité de courant et d’eau dans une PEMFC , afin d’apporter une meilleure compréhension du fonctionnement de ces systèmes en fonction des paramètres de fonctionnement (température, hydratation de gaz, pression, composition du gaz). La distribution de la densité de courant sera mesurée à l’aide d’une installation commerciale fiable. Le CEA a développé une technique non intrusive basée sur la diffusion des neutrons aux petits angles (SANS) afin de quantifier la distribution de l’eau pendant le fonctionnement de la pile à combustible à l’intérieur et à l’extérieur de l’électrolyte polymère. Ces mesures seront effectuées dans les réacteurs à neutrons à haut flux, comme l’Institut Laue Langevin (ILL). Certaines expériences spécifiques d’imagerie résolution neutrons de haute et basse peuvent être également mènent en outre afin d’avoir une vue 3D complète de la répartition de l’eau.
Calculs d'évolution à grande échelle avec code Monte-Carlo de transport de neutrons
L'un des principaux objectifs de la physique des réacteurs modernes est d'effectuer des simulations multi-physiques fidèles du comportement d'un cœur de réacteur nucléaire, avec une description détaillée de la géométrie à l'échelle des crayons de combustible. Les calculs multi-physiques en conditions nominales impliquent un couplage entre un solveur de transport pour les neutrons et les précurseurs, des solveurs thermiques et thermohydrauliques pour le transfert de chaleur, et un solveur Bateman pour calculer l'évolution isotopique du combustible nucléaire au cours d'un cycle du réacteur. L'objectif de ce post-doc est de réaliser un tel calcul entièrement couplé, à l'aide de PATMOS, une mini-app Monte-Carlo pour le transport de neutrons, et de la plateforme de couplage C3PO, toutes deux développées au CEA. Le système cible est un cœur de la taille d'un réacteur commercial.
Simulation des écoulements multiphasiques réactifs gaz-liquide
L'objectif de ce travail postdoctoral est de développer et mettre en œuvre une méthode de simulation pour la modélisation d'incendies provoqués par une pulvérisation de sodium. Pour cela, deux aspects du problème sont à considérer: tout d'abord, il est nécessaire de proposer une représentation adéquate des gouttelettes de sodium (phase dispersée) depuis leur génération par un jet (phase séparée) jusqu'à leur comportement (mouvement, oxydation, combustion) dans l'atmosphère. Cela nécessite de dériver un modèle d'écoulement' prenant en compte plusieurs composants avec plusieurs régimes topologiques d'interface (dispersé et séparé). Deuxièmement, il est nécessaire de développer une stratégie de discrétisation robuste pour ce modèle d'écoulement complexe.
Le travail numérique sera mis en œuvre dans un nouvel outil numérique pour effectuer des simulations d'incendies provoqués par la pulvérisation de sodium développé au CEA. Cet outil est basé sur la bibliothèque CanoP. Canop est une bibliothèque conçue pour résoudre des problèmes de dynamique des fluides numériques en utilisant une approche de raffinement de maillage adaptatif basée sur des cellules et un calcul parallèle.