Dimensionnement et optimisation du pilotage d’une chaine de production hydrogène couplée à un parc éolien offshore
Le couplage entre les filières EMR (Energies Marines Renouvelables) et hydrogène fait apparaître des atouts potentiels importants à long terme. Le projet MHyWind propose d’évaluer le potentiel énergétique et économique d’une chaine de production hydrogène intégrée à une sous-station d’un parc éolien offshore. L’hydrogène produit et stocké localement sera distribué par bateau pour des usages portuaires, en remplacement d’énergies fossiles. Pour cela, il sera mise en place une simulation qui intègrera toute la chaine énergétique du parc éolien vers les usages portuaires de l’hydrogène. Elle permettra d’évaluer différentes configurations et dimensionnements en fonction des usages locaux, leviers de valorisation, et modes de pilotage et fonctionnement du système. Les critères seront le productible (kg d’H2 produits / consommés) et les coûts de la chaine complète (CAPEX et OPEX). Dans le cadre du post_doctorat, l’objectif sera la mise en place de l’outil sur ce cadre applicatif pleinement intégré au projet en partenariat avec les équipes des laboratoires concernés.
Etude numérique basée sur la meta-modélisation de la propagation d’ondes ultrasonores dans des tuyauteries comportant des zones de corrosion
Le projet ANR PYRAMID (http://www.agence-nationale-recherche.fr/Projet-ANR-17-CE08-0046), a pour objectif de développer des techniques permettant de détecter et quantifier l’amincissement de paroi dû à la corrosion induite par un flux chargé en débris dans les systèmes de tuyauterie. Dans le cadre de ce projet qui implique des équipes Françaises et Japonaises, le CEA LIST développe des outils de simulation basés sur une approche éléments finis et dédiés à la modélisation de la diffraction d’ondes guidées ultrasonores par une zone de corrosion dans une canalisation coudée. Mises à disposition des partenaires, ces solutions supporteront la conception d’un procédé d’inspection par Transduction ElectroMagnétique-Acoustique (EMAT) au laboratoire vibrations-acoustique (LVA) de l’INSA Lyon. Pour cela, un atout différentiant reposera sur la capacité du CEA LIST à adapter des outils de méta-modélisation a ses modèles physiques pour autoriser une exploitation intensive de la simulation.
Post-doc : réseau de neurones CNN - gestion des incertitudes dans la base de données d'apprentissage
L'objectif de ce postdoc est de développer un algorithme pour prendre en compte les incertitudes des données de la base d'apprentissage d'un réseau de neurones. Ce travail s'inscrit dans le contexte d'un projet d'estimation dynamique de l'état d'un procédé d'extraction liquide-liquide. En utilisant un simulateur qualifié du procédé et des mesures de suivi lors de son exploitation, il est possible d'estimer les paramètres opératoires et connaitre ainsi l'état du procédé. Cependant ces mesures sont entachées d'incertitudes et il est nécessaire de réconcilier les données pour obtenir le meilleur jeu de données à fournir au simulateur. Un réseau de neurone convolutifs (CNN) permettant d'inverser le simulateur est en développement (à partir des sorties mesurées, on peut être capable d'estimer les entrées à fournir au simulateur). L'objectif est d'évaluer l'impact des incertitudes de mesure sur la construction de ce réseau de neurones. La première étape sera de propager les incertitudes des mesures d'entrée à travers le simulateur à l'aide de la plateforme Uranie, développée par le CEA ISAS. Cette connaissance sera alors intégrée dans la boucle d'apprentissage du réseau de neurones. L'impact de ces incertitudes sur les résultats du réseau de neurones doit être évalué pour fiabiliser l'estimation de l'état du procédé par le réseau de neurones. A travers ce projet, nous sommes au cœur de la thématique du contrôle de procédés complexes par la simulation.
Déploiement de protocoles de consensus distribué sur des blockchains de type Smart Contract
L’objectif est de mettre en œuvre divers protocoles de consensus distribué sur des plateformes blockchain de type Smart Contracts aussi bien publiques que privées. Les techniques à la base des preuves d’enjeu et de la gestion de token seront analysées et leur niveau de sécurité sera évalué au regard de la consommation énergétique et de la qualité de la distribution de la confiance dans le système. Les techniques de vérification des transactions de la blockchain Ethereum seront mise en œuvre, ainsi que d’autres algorithmes, plus légers et moins consommateurs d’énergie, dédiés à des blockchains "privées" où les utilisateurs sont authentifiés. La plateforme Hyperledger sera utilisée pour tester les différents protocoles de consensus distribués. De nouveaux algorithmes seront proposés et les solutions retenues seront déployées pour des applications du domaine de l’internet des objets.
Machine learning et simulateur pour l'estimation d'état d'un processus dynamique
Le but est de décrire au mieux l’état réel d'un procédé d'extraction liquide-liquide sur la base des données enregistrées. Or, ces dernières sont, par nature, entachées d’incertitudes et sous l’influence de variables exogènes qui ne sont pas enregistrées ni intégrées dans le jumeau numérique. Il est donc nécessaire de travailler le recollement des données entre la réalité et le simulé par PAREX+, simulateur dédié à ce type de procédé. Le code PAREX+ sera utilisé pour constituer une base conséquente de simulations : à chaque essai de paramètres opératoires (pavage de l’espace) sera associée la réponse dynamique du système. Le réseau de neurones convolutionnel (CNN) cherchera à résoudre le problème inverse : apprendre sur l’ensemble des réponses dynamiques les jeux de paramètres opérationnels possibles. Un enrichissement progressif de la base de données sera effectué dans les zones où le CNN ne sera pas assez performant. Une fois calibré, le CNN sera confronté aux données réelles et modifié pour tenir compte des imperfections des données. La finalité du CNN est d’être capable de bien identifier les paramètres du procédé à chaque pas de temps à des fins de contrôle et de diagnostic en temps réel : la dynamique observée est-elle celle attendue ?
Fusion de données 3D issues de tomographie par rayons X et SIMS
Le service de caractérisation des matériaux et des composants du CEA-LETI s’est récemment doté de 2 outils expérimentaux pour effectuer de l’imagerie 3D à des résolutions spatiales atteignant 100nm. Il s’agit de la tomographie X dans un MEB et de la spectrométrie de masse assistée par usinage ionique. La tomographie X donne fournit des images 3D de la morphologie interne d’un objet. Le SIMS 3D fournit également une image 3D avec en plus une information chimique. Ces 2 techniques sont à l’état de l’art et il est envisagé de les associer afin d’obtenir une caractérisation 3D quantitative d’objets tels que les copper pillars en microélectronique, ou des électrodes Si utilisées comme anode dans des batteries Li-ion. Le sujet de post-doc sera centré sur l’analyse de données. Une phase de simulation pourra être envisagée afin d’implémenter et de tester des approches existantes en fusion de données 3D. Ces approches devront être améliorées et adaptées. Il s’agira ensuite de participer aux campagnes de mesure, et de traiter les jeux de données avec les approches précédemment validées. Dans un contexte très pragmatique, un certain goût pour les mathématiques appliquées et la programmation sont indispensables pour appréhender des algorithmes de fusion/reconstruction avec des approches d’abord basiques puis de plus en plus avancées (contraintes, régularisation, supériorisation, fusion Bayesienne,etc). Un docteur (éventuellement ingénieur) physicien étant très à l’aise avec l’informatique (Python, Matlab, C) et le traitement d’image est recherché, ou alors un docteur en mathématiques/informatique intéressé par les applications, dans les 2 cas avec une expérience en caractérisation. Il faudra faire l’interface dans une équipe transverse et donc avoir une certaine ouverture d’esprit et une bonne capacité d’écoute. De bonnes capacités rédactionnelles et orales sont requises (anglais français) pour valoriser les résultats (articles, conférences, brevet, séminaire internes).
Développement d’une plateforme logicielle pour la simulation de systèmes énergétiques
L’évolution des réseaux d’énergie vers les « smart-grid », avec notamment une forte pénétration de production de sources renouvelables, ainsi que le déploiement de systèmes de stockage, entraine une augmentation de la complexité de leur conception et de leur optimisation nécessitant de nouveaux outils de modélisation et de simulation. En particulier, ces outils devront être en mesure de considérer diverses sources d’énergie, divers vecteurs énergétiques et diverses technologies de conversion énergétique. De plus, ils devront également répondre à un besoin de simulation pour le dimensionnement optimal de systèmes énergétiques, et la conception de lois de gestion pour leur opération.
En effet, les outils de modélisation et de simulation disponibles aujourd’hui ne répondent que partiellement à cette problématique ; c’est pourquoi l’objectif du projet est de développer une plateforme de simulation, qui réponde aux besoins cités précédemment (multi-sources, multi-énergies, multi-technologies). Cette plateforme sera architecturée de façon à favoriser son ouverture et maximiser ses capacités à être transférée vers des acteurs industriels.
La problématique de réseaux multi-énergies devra pouvoir être prise en compte et la possibilité laissée à l’utilisateur d’intégrer ses propres modèles ou lois de gestion sera considérée.
Le projet se focalise sur l’architecture de la plateforme et sur la modélisation de cette architecture. Un outil logiciel de simulation sera développé à partir de l’architecture proposée. L’objectif de ce développement n’est pas de couvrir l’ensemble des applications que doit couvrir la plateforme, mais plutôt de valider la cohérence du modèle de l’architecture à travers une application ciblée.
Utilisation des codes correcteurs pour la synthèse fiable des circuits combinatoires à partir de composants non-fiables
L’intégration des circuits nanométriques à partir de composants non-fiables a émergé comme l’un des défis majeurs pour la conception des futurs circuits électroniques. En effet, en raison d’une forte augmentation de la densité d’intégration, des tensions d’alimentation de plus en plus faibles et des variations dans le processus technologique, les dispositifs nanoélectroniques émergents seront intrinsèquement non-fiables. Pour que l’intégration à échelle nanométrique soit économiquement viable, de nouvelles solutions de tolérance aux fautes doivent être inventées pour le traitement et le stockage des données numériques.
Ce projet postdoctoral vise à développer des solutions innovantes de tolérance aux fautes, aussi bien au niveau circuit qu’au niveau système, qui sont fondamentalement basées sur des modèles mathématiques et algorithmiques de la théorie de l’information. Les solutions recherchées s’appuieront notamment sur l’utilisation de codes correcteurs d’erreurs spécifiques, capables de fournir une protection fiable contre les erreurs même lorsqu’ils opèrent sur du matériel non-fiable. Le but est d’élaborer les bases scientifiques et de fournir une première preuve du concept, condition essentielle pour aboutir à un changement de paradigme dans la conception des futurs circuits nanométriques.
Méthodes robustes de pilotage indirect du chargement pour la simulation de structures en béton armé
Les algorithmes de pilotage indirect (« path-following ») sont généralement employées pour décrire des réponses structurales instables caractérisées par des « snap-backs » et/ou des « snap-troughs ». Dans ces formulations, l’évolution des actions extérieures (efforts/déplacements) est calculée pendant la simulation pour satisfaire un critère de pilotage donné. Adapter le chargement externe pendant le calcul est utile pour obtenir la solution du problème, mais également pour réduire le nombre d’itérations à convergence. Ce second aspect est d’une importance primordiale, notamment pour les calculs à grande échelle (c.-à-d., à l’échelle de la structure). Différentes formulations « path-following » ont été proposées dans la littérature. Malheureusement, un critère objectif pour choisir une formulation plutôt qu’une autre pour la simulation de la réponse de structures en béton armé (BA) (en présence de mécanismes dissipatifs différents et complexes) n’est pas encore disponible. Le travail proposé portera sur la formulation d’algorithmes de pilotage indirect du chargement adaptés pour simuler des structures BA.
Accélération GPU d’un code de transport déterministe DSN 3D en neutronique.
Dans le cadre des Programmes Transversaux de Compétences (PTC), les équipes du DES/ISAS/DM2S et celles du CEA-DIF montent une collaboration sur le portage GPU de leurs codes de transport déterministe en neutronique.
D’un côté, les équipe du DES/ISAS/DM2S sont en charge du développement et de la prospective sur les codes de calcul de neutronique déterministe pour la physique des réacteurs, en particulier le code APOLLO3®. De l’autre, le laboratoire de neutronique du CEA-DIF est impliqué dans le développement des codes de neutronique déterministe utilisés dans le cadre du programme Simulation.
Les deux unités cherchent aujourd’hui à préparer l’arrivée d’une nouvelle génération de supercalculateurs massivement dotés en GPU. Elles entament simultanément des études de faisabilité et de prospective sur cette thématique. Parce que les problématiques à étudier, la démarche mise en œuvre et les conclusions qui en seront tirées peuvent largement être mutualisées, il a été identifié un fort intérêt pour créer des synergies entre les deux unités. Ces synergies passent par la mise en place d’échanges réguliers et ont abouti à l’ouverture d’un poste de post-doctorat commun. Ce poste sera accueilli par les équipes du SERMA au CEA Saclay, mais constituera l’interface privilégiée entre les deux unités.
Le sujet de post-doctorat a pour objectif d’étudier le portage d’un code-jouet de neutronique déterministe DSN3D sur GPU.
Il s’appuie sur les expériences de portage déjà réalisées dans les deux unités d’accueil sur la base d’approches complémentaires : une approche haut-niveau est choisie côté DES au travers de la plate-forme Kokkos, tandis qu’une approche bas-niveau en langage Cuda est retenue côté CEA-DIF.