Modélisation de l’électroraffinage d’actinides

Dans le cadre du projet européen SACSESS et en collaboration avec l’ITU et le CNRS, le Laboratoire d’Elaboration des Procédés de Séparation (LEPS) du DRCP/SMCS étudie actuellement un procédé pyrométallurgique de retraitement des combustibles nucléaires usés par électrolyse.

Le sujet de post-doc proposé vise dans un premier temps à développer des modèles rendant compte de ce procédé sur la base de résultats de tests successifs d’électroraffinage déjà obtenus à l’ITU en électrolysant un alliage métallique U-Pu-Zr-Am-Gd-Nd-Ce-Y sur une cathode d’aluminium. Le but de la modélisation sera d’évaluer les potentialités de ce procédé en termes d’efficacité de séparation mais aussi d’optimiser la gestion des flux de matière nucléaire.

Méthodes de compensation (magnétique) pour la capture de forme à partir de capteurs d’orientation

Notre laboratoire travaille depuis quelques années sur la capture de forme (courbes et surfaces) en statique et en mouvement à partir de capteurs d’attitude, accéléromètres et magnétomètres par exemple, capables de fournir des informations sur leur propre orientation. Cependant, en conditions réelles les données capteurs ne fournissent pas exactement leur orientation, la mesure étant perturbée par des données extérieures (accélérations propres au mouvement, vibrations pour les uns, perturbations magnétiques pour les autres). Le but de ce travail est d’analyser ces perturbations et de proposer des prétraitements permettant de corriger les informations brutes des capteurs afin d’en extraire des données tangentielles fiables/cohérentes relativement à nos objectifs de reconstruction géométrique aussi bien dans un cadre statique que dynamique, sur quelques cas d’applications réelles telles que la présence d’éléments magnétiques perturbateurs dans l’environnement de capture.

Nous nous plaçons dans un premier temps dans le cadre de la reconstruction de la forme d’un tuyau métallique : nous cherchons alors à reconstruire une courbe avec des capteurs magnétiques perturbés (nous pourrons envisager la reconstruction de surfaces par la suite). Le travail demandé consiste à trouver les meilleures méthodes permettant de traiter ces informations perturbées, afin d’en extraire les données tangentielles nécessaires à la reconstruction de la forme (séparation de sources, fusion de données, modélisation de la perturbation, ajout d’une autre modalité capteur, etc, sont des pistes à explorer). Le post doc devra établir une étude bibliographique poussée, implémenter les différentes méthodes définies, mettre en œuvre ces méthodes en tests réels par le biais d’acquisitions de données avec notre système de capture de forme en environnement perturbé.

Reverse engineering d’une machine électrique commerciale de type synchrone à aimants enterrés dans le rotor et à pôles saillants puis modélisation d’évolutions de cette machine intégrant notamment de nouveaux types d’aimants conçus au CEA.

L’étude concerne l’étude et la modélisation d’une motorisation électrique de type synchrone à aimants enterrés dans le rotor intégrant une nouvelle technologie d’aimants issus du CEA. Cette étude intègre en phase préliminaire une phase de retro engineering et de modélisation d’une machine existante.

Dans le cadre du transport électrique, si les batteries et le moyen de stockage de l’énergie restent le point faible de la chaîne énergétique, le moteur de traction électrique constitue un maillon central qu’il s’agit de dimensionner au mieux afin de gagner en efficacité énergétique. Depuis maintenant vingt ans, toutes les structures de moteur électrique ont été étudiées et testées : du moteur à courant continu à la machine synchrone à aimants permanents en passant par la machine asynchrone et la machine à réluctance variable. Il ressort que la machine synchrone à aimants permanents enterrés dans le rotor est celle qui offre le meilleur rendement, associé à la possibilité d’offrir en pleine charge une puissance constante sur une grande plage de vitesse. On va de plus chercher à augmenter les vitesses de rotation afin de gagner au maximum sur l’encombrement.

Le post doc se scinde ainsi en trois parties :

1ere phase :
Test au banc d’essai moteur CEA d’une machine électrique commerciale à aimants enterrés et démontage de la machine en vue de caractériser ses composants

2eme phase :
Modélisation de la machine commerciale testée au banc moteur et comparaison des résultats de modélisation avec les mesures issues de la 1ere phase

3eme phase :
Conception et modélisation d’évolutions de la machine testée et modélisée dans les phases 1 et 2, en intégrant notamment de nouvelles technologies d’aimants développés au CEA.

Collage direct cuivre et sa fiabilité

La brique technologique de collage direct du cuivre (copper direct bonding en anglais) est l’une des approches les plus prometteuses concernant l’intégration 3-D. Le procédé de fabrication est mature comme présenté par divers travaux pour des approches plaque à plaque (wafer to wafer ou W2W en anglais) mais également dans le cas du puce à plaque (die to wafer ou D2W en anglais). Cependant, sa fiabilité est encore à démontrer même si des premiers résultats montrent que l’approche est prometteuse.

L’objectif de ce post-doc sera de conforter ces premiers résultats obtenus en W2W d’une part et d’autre part, d’étudier la fiabilité de l’approche D2W vis-à-vis des phénomènes d’électromigration et de stress induced voiding.
Le candidat aura en charge toute l’étude de fiabilité en commençant par le lancement des essais et l’analyse des résultats qui en découleront, l’analyse de défaillance (optique, IR, MEB, FIB,…), la détermination du/des mécanismes de dégradation.
Le candidat collaborera avec les doctorants travaillant sur le collage direct du cuivre et son intégration dans des dispositifs. Grâce à son expertise, il proposera des voies d’amélioration du procédé aussi bien d’un point de vue du procédé de fabrication que d’un point de vue géométrique.

Caractérisation électrique et modélisation de mémoires CBRAM (Conductive Bridge Random Access Memory)

Les mémoires CBRAM sont parmi les technologies les plus prometteuses comme alternative aux technologies Flash qui présentent des limites vis-à-vis des futures réductions de dimensions. Les CBRAM ont une structure de type capacitive, où un matériau chalcogénure est pris en sandwich entre une anode active en argent et une cathode inerte. En polarisant la cellule, les ions argent diffusent dans la matrice et atteignent la cathode où ils sont réduits. Un pont conducteur est formé dans la structure, créant une diminution de résistance. Ces structures peuvent fonctionner à très faible tension (~1V).
L’objectif principal du post doc est de mener les études de caractérisation électrique et la compréhension physique associée. L’objectif final est une forte amélioration des caractéristiques d’écriture, d’effacement, de cyclage, de retention d’information. Dans ce but des études approfondies seront menées, en particulier de la conduction et de la retention (mesures en température, lien entre courants et ions diffusées dans la matrice via un premier niveau de modélisation, …) Le candidat adressera à la fois les problèmes hardware et les méthodologies de test. Il étudiera diverses conditions de procédés, de géométries, d’architectures. Une forte interaction sera toujours recherchée avec les spécialistes de la caractérisation physico chimique pour une meilleure connaissance intime des matériaux et cellules.

Réduction de modèle en dynamique vibratoire : application au génie parasismique

La complexité et la finesse des modèles numériques mis en oeuvre pour prédire le comportement des structures soumises à des sollicitations sismiques imposent bien souvent des temps de calculs de plusieurs jours pour la résolution des équations aux dérivées partielles du problème de référence.
En outre, l’étude des marges, les méconnaissances sur les paramètres constitutifs, les analyses stochastiques ou encore le recalage des modèles impose généralement de fournir cet effort numérique, non plus pour la simulation d’un seul modèle, mais d’une famille de modèles.
Afin de diminuer les temps de calculs, des techniques de réduction de modèle (Proper Orthogonal/Generalized Decomposition) peuvent être envisagées. La présente étude post-doctorale propose de définir et mettre en oeuvre (notamment dans CAST3M) une technique adaptée pour la réduction de modèles de génie civil (type béton armé) soumis à des chargements sismiques.

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.

Etude du transfert d’aérosols au travers de matériaux dégradés

Pour certaines familles de colis de déchets radioactifs, des liants hydrauliques sont utilisés pour établir une barrière confinante entre le cœur des colis de déchets et l’environnement. Les études de sûreté étudient des scénarios accidentels extrêmes pour cette phase (chutes, incendies …) qui peuvent conduire à une altération de la barrière confinante sous forme de fissurations. Il est alors important d’étudier la capacité de rétention de ces fissures vis-à-vis des particules radioactives.
Des études expérimentales ont été initiées avec la thèse d’A. Boccheciampe qui a étudié le cortège de particule (40µm) dans des fissures modèles artificielles (créés à l’imprimante 3D) par mesures microtomographie-3D.
L’objectif post-doctoral est de poursuivre cette thématique avec une approche identique à celles développées sur les études d’efficacité de filtres, afin d’investiguer les particules de diamètre plus faible, entre 0,05 et 5 µm. Les études quantitatives seront ainsi portées sur les flux amont et aval de particules de part et d’autre d’éprouvettes fissurées/dégradées, avec générateur d’aérosol, compteur granulomètre optique et analyseur U-SMPS. Des travaux de modélisation devront être entrepris.

Intégration de couches poreuses pour la réalisation de substrats temporaires avancés

Aujourd’hui, la course effrénée à la miniaturisation entraine des schémas d’intégration qui convergent vers des solutions de double report de films minces monocristallins permettant d’assurer une fonctionnalisation des deux faces du film augmentant ainsi la compacité et la performance des systèmes. Une solution disruptive a récemment été développée au sein du CEA-Léti basée sur l’introduction de couche en silicium poreux au cœur des procédés de fabrication des composants [a]. Ce type de technologie laisse présager un intérêt certain pour des applications de type électronique, MEMS ou encore photovoltaïque, et il convient donc désormais de valider cette technologie à plus large échelle et de cerner les mécanismes mis en jeu notamment lors de la rupture dans la couche poreuse.
Le candidat devra appréhender les spécificités des couches poreuses et de l’ensemble des étapes de réalisation nécessaires au report de film minces afin de valider et de mettre en place leur intégration au sein de démonstrateurs spécifiques qui auront été choisis. Une partie importante du travail portera sur une évaluation et une analyse scientifique du comportement des couches poreuses lors de sollicitation chimique, mécanique et/ou thermique par exemple en vue de forcer une reconstruction de surface des films poreux. Un autre axe d’étude portera sur le développement d’une technologie spécifique pour induire la rupture mécanique au sein de la couche poreuse enterrée. Le candidat devra évaluer la faisabilité d’une rupture par ultrasons et en étudier les mécanismes. Une partie importante des développements consistera également à caractériser finement les propriétés des films et des structures élaborées.
[a] A-S.Stragier et al., Journal of The Electrochemical Society, 158 (5) H595-H599 (2011)

Détection frugale non supervisée d'anomalies de signal

Notre laboratoire, situé à Digiteo au CEA Saclay, recherche un candidat postdoc pour travailler sur la détection d'anomalies dans les processus de manufacturing, pour une durée de 18 mois à partir de février 2022. Ce travail s'inscrit dans le projet HIASCI (Hybridation des IA et de la Simulation pour le Contrôle Industriel), un projet CEA LIST sous forme de collaboration interne qui vise à développer une plateforme de méthodes et outils d'IA pour les applications en manufacturing, du contrôle qualité au monitoring de procédé. La contribution de notre laboratoire dans HIASCI consiste à développer des méthodes efficaces pour la détection d'anomalies dans des signaux acoustiques ou vibratoires, opérant sur peu de données d'apprentissage. Dans ce contexte, la détection des anomalies du signal revient à extraire des données les informations relatives au processus physique de manufacturing, qui est en général trop complexe pour pouvoir être parfaitement compris. En outre, les données réelles d'état anormaux sont relativement rares et souvent coûteuses à collecter. Pour ces raisons, nous privilégions une approche fondée sur les données, dans le cadre d'un apprentissage frugal (few-shot learning).