Simulation des matériaux par dynamique d’amas
Les alliages utilisés dans les applications nucléaires subissent une irradiation aux neutrons, laquelle introduit un grand nombre de défauts lacunaires et interstitiels. Au cours du temps, ces défauts migrent, se recombinent et s’agglomèrent pour former des amas. Ce phénomène physique affecte les propriétés mécaniques des aciers et conduit à sa fragilisation. Dans ce contexte, il est important de pouvoir simuler l’évolution de la microstructure à l’aide de la méthode de dynamique d’amas. Malheureusement, cette méthode devient inefficace lorsque plusieurs éléments d’alliage doivent être pris en compte. La difficulté provient du nombre trop élevé de variables de simulation à gérer. Le projet a pour objectif d’optimiser l’efficacité du code sur une architecture parallèle distribuée en faisant appel à des fonctions dédiées, vectorielles et matricielles, de la bibliothèque SUNDIALS. Cette librairie est utilisée pour intégrer l’équation différentielle ordinaire décrivant les réactions entre amas. Un autre aspect du travail, plus théorique, consistera à reformuler le problème non-linéaire de recherche de zéros du schéma d’intégration en tirant profit de la réversibilité des réactions chimiques. Cette propriété doit permettre la mise en oeuvre de solveurs directs et itératifs pour matrices creuses, symétriques et définies positives. Un axe de recheche explorera la combinaison des approches directs et itératives, en utilisant une méthode de factorisation multi-frontale de type Cholesky pour préconditionner des itérations de gradient conjugué.
Conception de circuit et de systèmes de communication ultra low power pour wake-up radio
Aujourd’hui, il y a une forte demande de développement de systèmes de wake-up radio autonomes dont les performances puissent être adaptées en fonction des besoins de l’application. Il est critique que ces systèmes disposent également d’horloge indépendante et ultra basse consommation. L’objectif du projet proposé est d’exploiter les capacités de la technologie CMOS FD-SOI pour développer ce type de systèmes, en améliorant la consommation et les performances des systèmes au delà de l’état de l’art, grâce aux faibles capacités et au body biasing de la technologie FD-SOI 22nm. Une attention particulière sera accordé à la mise au point de système de synthèse de fréquence à forte efficacité énergétique et faible temps d’établissement. Le candidat travaillera aussi bien sur les aspects systèmes que conception de circuit dans une équipe qui dispose d’une solide expérience sur le sujet
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).
Elaboration de bases de données pour l’identification de radionucléides par réseaux de neurones (projet NANTISTA)
Le projet NANTISTA (Neuromorphic Architecture for Nuclear Threat Identification for SecuriTy Applications) s’inscrit dans le cadre de la prévention du trafic illicite des matières nucléaires pouvant être passées aux frontières internationales. L’objectif est le développement d’une plateforme de détection à base de scintillateurs plastiques pour l’identification rapide par réseaux de neurones des radionucléides tels que les matières fissiles. Le sujet post-doctoral porte sur le développement de la chaîne de mesures et sur l’élaboration de bases de données pour l’apprentissage et l’optimisation des réseaux de neurones. Les bases de données seront construites à partir de mesures expérimentales avec des sources radioactives. Des simulations rayonnement-matière (codes Monte Carlo Geant4 ou Penelope) seront également implémentées afin d’enrichir ces bases de données.
Planification distribuée optimale de ressources énergétiques. Application aux réseaux de chaleur.
Les réseaux de chaleur en France alimentent plus d’un million de logements et délivrent une quantité de chaleur égale à environ 5% de la chaleur consommée par le secteur résidentiel et tertiaire. De ce fait, ils représentent un potentiel important pour l’introduction massive d’énergies renouvelables et de récupération. Cependant, les réseaux de chaleur sont des systèmes complexes qui doivent gérer un grand nombre de consommateurs et de producteurs d’énergie, répartis dans un environnement géographique étendu et fortement ramifié. Dans le cadre d’une collaboration entre le CEA-LIST et le CEA-LITEN, le projet STRATEGE vise à une gestion dynamique et optimisée des réseaux de chaleur. Nous proposons une approche pluridisciplinaire, qui intègre à la fois la gestion avancée du réseau par les Systèmes Multi-Agents (SMA) et la modélisation multi-physique simplifiée (hydraulique et thermique) du transport et de la valorisation de l’énergie calorifique sur Modelica.
Il s’agit de concevoir des mécanismes de planification et d’optimisation pour l’allocation de ressources de chaleur. Ces mécanismes devront intégrer les descriptions en provenance d’un Système d’Information Géographique et les prédictions de consommation, production et pertes en ligne calculées grâce aux modèles physiques simplifiés. On prendra ainsi en compte plusieurs caractéristiques du réseau : le caractère continu et dynamique de la ressource ; des sources avec des comportements, des capacités et des coûts de production différents ; la dépendance de la consommation/production à des aspects externes (météo, prix de l’énergie) ; les caractéristiques internes du réseau (pertes, capacité de stockage). Les algorithmes développés seront implémentés sur une plateforme de pilotage multi-agent existante et constitueront la brique principale d’un moteur d’aide à la décision pour la gestion des réseaux de chaleur qui devra fonctionner en environnement simulé et dans un deuxième temps en ligne sur un système réel.
Acquisition comprimée pour l’imagerie ultrasonore : développement de méthodes et réalisation d’un prototype de capteur
En contrôle non destructif ultrasonore, les capteurs multiéléments permettent d’inspecter les structures pour assurer la sécurité des sites et des installations. Le nombre d’éléments formant un capteur est aujourd’hui le facteur dimensionnant la méthode de contrôle : son efficacité et sa rapidité de scan mais aussi le coût et le volume de l’instrument. Ce projet vise à développer un prototype de capteur multiélément avec un nombre réduit d’éléments, mais sans détériorer la qualité de l’imagerie par rapport aux instruments existants. Pour ce faire, l’acquisition comprimée (en anglais Compressed Sensing ou CS), théorie récente de traitement de signal permettant d’outrepasser les contraintes d’échantillonnage classique et de reconstruire des signaux à partir de mesures fortement sous-échantillonnées, sera utilisée. Ainsi, le processus de mesure ultrasonore devra être entièrement repensé pour répondre aux conditions d’application du CS, en particulier l’incohérence et la parcimonie des mesures. Les résultats attendus de ce projet sont une réduction d’un facteur jusqu’à 5 du nombre d’éléments d’un capteur, ce qui constituerait une véritable révolution dans le domaine du contrôle, avec des applications directes dans la plupart des secteurs industriels.
Ce projet implique les entités suivantes du CEA Saclay: le Département d’Imagerie et de Simulation pour le Contrôle pour les aspects contrôle et capteur ultrasons ainsi que les laboratoires Neurospin et Cosmostat apportant leurs expertises dans le domaine de l’acquisition comprimée, principalement appliquée dans les domaines de l’imagerie médicale et de l’astrophysique respectivement. La collaboration de ces trois laboratoires, chacun parmi les leaders mondiaux dans leurs domaines respectifs, garantira la création d’une nouvelle famille de capteurs plus performants.
Allocation distribuée de ressources par les systèmes multi-agents. Application aux réseaux de chaleur
Les réseaux de chaleur en France alimentent plus d’un million de logements et délivrent une quantité de chaleur égale à environ 5% de la chaleur consommée par le secteur résidentiel et tertiaire. De ce fait, ils représentent un potentiel important pour l’introduction massive d’énergies renouvelables et de récupération. Cependant, les réseaux de chaleur sont des systèmes complexes qui doivent gérer un grand nombre de consommateurs et de producteurs d’énergie, répartis dans un environnement géographique étendu et fortement ramifié. Dans le cadre d’une collaboration entre le CEA-LIST et le CEA-LITEN, le projet SIGMA vise à une gestion dynamique et optimisée des réseaux de chaleur. Nous proposons une approche pluridisciplinaire, qui intègre à la fois la gestion avancée du réseau par les Systèmes Multi-Agents (SMA), la prise en compte des contraintes spatiales par des Systèmes d’Information Géographique (SIG) et la modélisation physique simplifiée du transport et de la valorisation de la chaleur.
Il s’agit de concevoir des mécanismes d’allocation dynamique de ressources de chaleur qui intègrent les descriptions en provenance du SIG et les prédictions de consommation, production et pertes calculées grâce aux modèles physiques. On prendra ainsi en compte plusieurs caractéristiques du réseau : le caractère continu et dynamique de la ressource ; des sources avec des comportements, des capacités et des coûts de production différents ; la dépendance de la consommation/production à des aspects externes (météo, prix de l’énergie) ; les caractéristiques internes du réseau (pertes, capacité de stockage). Le couplage avec le SIG permettra la mise en place de mécanismes d’auto-configuration de la gestion des différents réseaux et niveaux de granularité obtenus par réduction du SIG original. Le SMA devra établir de manière dynamique le lien entre les modèles simplifiés adaptés et le niveau de granularité souhaité et créer les agents nécessaires pour représenter le système.
Algorithmes en temps réel optimisés pour les Interfaces Cerveau-Machine à plusieurs degrés de liberté
Le sujet de recherche porte sur l’optimisation des algorithmes de l’Interface-Cerveau Machine (ICM) pour des applications médicales chez l’Homme (sujets tétraplégiques).
L’objectif principal pour le candidat post-doc sera d’optimiser/accélérer les calculs pour permettre l’utilisation de plusieurs degrés de libertés (jusqu’à 26) en temps réel. Le choix de caractéristiques appropriées pour les sous-ensembles permettra d’améliorer l’efficacité de calcul et la qualité du contrôle. Pour atteindre ce but, des modèles parcimonieux seront appliqués
Pour analyser les enregistrements ECoG en l’espace temps-fréquence-localisation, une transformée en ondelettes continue est utilisée. L’optimisation comprendra l’implémentation de transformée en ondelettes rapide ainsi que de code C++.
Le projet inclue aussi les tests et adaptations des algorithmes d’ICM à la transmission sans fil de des signaux avec l’implant WIMAGINE.
Finalement, l’adaptation des algorithmes pour l’environnement médical de sujets tétraplégiques (l’utilisation de tâches motrices imaginaires, la présence de stimuli dans le signal, la durée réduite des expériences) sera sous la responsabilité d’un post-doc.
Développement d’une cellule à Metal Support pour la production d’Hydrogène par Electrolyse à Haute Température
Le développement de Cellules à Métal Support (CMS) pour l’Electrolyse à Haute Température (EHT) constitue une innovation intéressante pour limiter les dégradations en fonctionnement de ces composants. L’augmentation de la durée de vie des cellules contribuera à réduire les coûts de revient et à positionner l’EHT comme une alternative réaliste face aux autres technologies de production d’hydrogène. La maîtrise de l’élaboration des CMS constitue toutefois un verrou important. Dans les procédés actuels, les couches fonctionnelles de la cellule sont constituées de matériaux céramiques qui sont assemblées avec le substrat métallique poreux à haute température (> 1000 °C). Les différences de comportement mécanique de ces matériaux ainsi que les conditions réductrices imposées par le métal conduisent aujourd’hui à des cellules dont les performances sont insuffisantes par rapport au cahier des charges. L’objectif du post-doctorat sera d’acquérir une meilleure connaissance des mécanismes intervenant lors de l’assemblage et de proposer et de tester des solutions technologiques pour fiabiliser l’élaboration de Cellules à Métal Support.
Développement d’outils numériques pour la simulation du contrôle non destructif par ultrasons
Le Département Imagerie et Simulation pour les Contrôles non destructifs (DISC) du CEA LIST recherche un(e) post-doc en mathématiques appliquées et calcul scientifique. Le DISC développe le logiciel CIVA (http://www-civa.cea.fr), leader mondial pour la simulation et l’expertise en contrôles non destructifs (échographie ultrasonore, méthodes électromagnétiques, radiographie, tomographie X). Dans le cadre du développement et de l’amélioration de CIVA, le post-doc recruté aura en charge le développement de méthodes numériques pour le module de simulation ultrasonore.
Les méthodes semi-analytiques implémentées dans CIVA reposent sur des hypothèses simplificatrices des phénomènes physiques mis en jeu et ont l’avantage d’être rapides et précises dans un grand nombre de configurations réalistes d’inspection. Cependant, restent des configurations pour lesquelles ces modèles trouvent leur limite et nécessitent la mise en œuvre de méthodes s’affranchissant des hypothèses physiques incriminées. Les méthodes dites numériques telles que les éléments finis, les différences finies ou les éléments finis de frontière permettent de résoudre ces problèmes, mais dans des temps de calcul incompatibles dans un contexte industriel, notamment pour les configurations 3D. Une approche pour CIVA consiste à coupler les modèles semi-analytiques et les méthodes numériques de sorte à bénéficier simultanément des avantages des deux modèles.
Les travaux du poste incluent des développements de méthodes numériques elles-mêmes, en lien avec les partenaires académiques du CEA, l’intégration dans CIVA d’une solution de maillage permettant de mettre en forme les données pour la résolution numérique, ainsi que des développements sur les couplages semi-analytique / numérique. Des solutions du type multi-boite, permettant par exemple d’optimiser les configurations comportant plusieurs défauts ou d’effectuer un couplage au niveau de la source et du défaut, seront notamment étudiées.