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).
Contribution aux développements de dispositifs de mesure d’antennes miniatures
La généralisation des liens radiofréquences fonctionnant aux fréquences VUHF pour équiper un nombre croissant de dispositifs électroniques communicants contribue à intensifier les recherches sur la miniaturisation et l’intégration des antennes. En conséquence, des progrès significatifs sont régulièrement réalisés pour réduire les dimensions des antennes et il n’est plus rare de trouver des travaux décrivant des structures antennaires en 1/30 de la longueur d’onde. Une sensibilité accrue au contexte de fonctionnement est observable avec les antennes électriquement petites. Cette particularité se traduit notamment par des problèmes de mesure des propriétés électriques et de rayonnement qui sont susceptibles d’être altérées avec les techniques standards consistant à connecter un câble de mesure à l’antenne. Ce sujet cherche à développer des techniques de mesure d’antennes électriquement petites à l’aide de méthodes dites non-invasives, c’est-à-dire ne perturbant pas (ou peu) l’antenne sous test. Deux techniques seront investiguées en se basant sur les travaux déjà réalisés dans le laboratoire. La première technique repose sur la réflectométrie électromagnétique en champ lointain. La seconde technique repose sur l’utilisation d’un transducteur optique- radiofréquence au voisinage de l’antenne sous test pour notamment concevoir un réflectomètre RF miniature à conversion optique pour la mesure d’impédance d’antenne.
Gestion optimale d’un système énergétique tertiaire
Dans le cadre de la solution ciblant les sites tertiaires ou résidentiels qui consomment et produisent de l’énergie électrique, l’objectif est d’optimiser l’utilisation de leur énergie en fonction de critères économiques ou contraintes réseaux (adaptation de la demande) sans perturbation du confort des utilisateurs. L’objet de ce poste est de développer une solution de « gestion optimale de l’utilisation du solaire dans un bâtiment tertiaire intégrant des bornes de recharge VE et du stockage ». Selon trois objectifs : - Minimiser le cout de la consommation en fonction d’un tarif dynamique
- Maximiser l’utilisation de l’énergie solaire
- Minimiser la puissance appelée du réseau. Tout en prenant en compte le LCOS (Levelised Cost Of Storage) de la batterie. Le Post-Doc devra contribuer et participera à: - Spécification de cahier des charges d’un système tertiaire - Développement des algorithmes de gestion d’un système tertiaire - Déploiement et test de la solution proposée.
Interprétation de grilles d’occupation 3D par réseaux de neurones
Ce sujet s’inscrit dans le contexte du développement des véhicules/drones/robots autonomes.
L’environnement du véhicule est représenté par une grille d’occupation 3D, dans laquelle chaque cellule contient la probabilité de présence d’un objet. Cette grille est réactualisée au fil du temps, grâce aux données capteurs (Lidar, Radar, Camera).
Les algorithmes de plus haut niveau (path planning, évitement d’obstacle, …) raisonnent sur des objets (trajectoire, vitesse, nature). Il faut donc extraire ces objets de la grille d’occupation : clustering, classification, et tracking.
De nombreux travaux abordent ces traitements dans un contexte vision, en particulier grâce au deep learning. Ils montrent par contre une très grande complexité calculatoire, et ne tirent pas parti des spécificités des grilles d’occupation (absence de textures, connaissance a priori des zones d’intérêt ...). On souhaitent trouver des techniques plus adaptées à ces particularités et plus compatibles avec une implémentation plus économe en calcul.
L’objectif du post-doc est de déterminer, à partir d’une suite de grilles d’occupation, le nombre et la nature des différents objets, leur position et vecteur vitesse, en exploitant les récentes avancées du deep Learning sur les données 3D non structurées.
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.
Etude et mise en œuvre d’une stratégie de perception bio-inspiré dans l’eau, application à la téléopération off-shore et à l’assistance opérateur
Depuis quelques années, le groupe Robotique Bio-inspiré de l’équipe Robotique de l’IRCCyN développe un mode de perception bio-inspiré des poissons électriques. Afin d’émuler ce sens électrique, des sondes résistives ont été utilisées à l’IRCCyN pour le pilotage d’un robot autonome sous-marin.
De son côté, au sein du Laboratoire de Robotique Interactive (LRI), le CEA LIST soutient depuis de nombreuses années une activité dans le domaine de la télérobotique à retour d’effort. L’opérateur manipule un bras esclave situé en milieu hostile via un bras maître situé en zone saine et un système informatique.
Le travail du candidat se déroulera au sein d’un projet CEA-IRCCyN se déroulant en parallèle d’un premier projet plus amont dont l’objet est de faire la preuve de concept de cette boucle électro-haptique sur un bras Cartésien transportant une sonde électrique de géométrie fixe et connue. Le post-doctorant aura à charge d’implémenter cette boucle sur un bras manipulateur "marinisé" de géométrie complexe. Pour cela, avec la co-assistance du CEA et de l’IRCCyN, il prendra en charge la préparation de ce bras et l’adaptation du capteur électrique (électrodes émettrices, réceptrice, électronique) à l’architecture considérée, ainsi que l’adaptation du contrôle/commande et de l’interface haptique à la base de la boucle électro-haptique. Outre les difficultés technologiques de cette adaptation, le candidat devra également étudier les différentes stratégies permettant d’exploiter le champ électrique sur un système multi-corps de géométrie variable.
Les validations expérimentales et la preuve de concept de ce nouveau système de téléopération off-shore seront réalisées sur des scénarii, à définir, représentatifs de l’application finale.
Analyse de la fiabilité des mémoires résistives (RRAM) pour application haute densité de stockage
Dans ce postdoc, nous proposons d’étudier les mémoires résistives (RRAM) en vue des applications de mémoire haute densité. Dans ce but, deux technologies (CBRAM et OXRAM) seront comparées et caractérisées.
L’impact des procédés d’intégration technologique sur les performances de la mémoire sera abordé. En particulier, nous évaluerons comment les étapes critiques d’intégration peuvent affecter le fonctionnement de la mémoire. Les architectures MESA (la RRAM est gravée) vs Damascène (la RRAM est déposée dans une cavité) seront comparées.
Après l’évaluation du fonctionnement de base de la mémoire (forming, SET, RESET, tensions requises...), un accent particulier sera porté sur la fiabilité. L’endurance sera étudiée en détail et optimisée. L’impact des conditions de programmation (y compris des systèmes de programmation intelligents) sur la fenêtre mémoire et le nombre de cycles en endurance sera analysé. Enfin, la variabilité sera adressée, afin de quantifier les différentes contributions à la fermeture de la fenêtre mémoire : variabilité cycle à cycle et cellule à cellule. Les problèmes de fiabilité spécifiques (bruit de lecture ...) seront également abordés. Des extrapolations sur la densité maximale qu’une technologie de RRAM donnée peut offrir seront tirées.
En se basant sur cette étude détaillée, une comparaison de toutes les technologies RRAM testées sera faite, permettant d’identifier les avantages et inconvénients de chaque option, et de mettre en évidence les compromis nécessaires (vitesse de la mémoire, l’endurance, tensions de fonctionnement, consommation ...).
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.
Champ électrique en calculs ab initio, application aux RRAM
Depuis plusieurs années, le LETI/DCOS a engagé un effort de simulation ab initio des phénomènes microscopiques à l’origine du fonctionnement des RRAM à base d’oxydes (HfO2, Ta2O5, Al2O3). La prise en compte d’un champ électrique appliqué au système MIM (Metal-Isolant-Métal) est aujourd’hui possible grâce à deux approches par séparation d’orbitales [1] ou par calcul en fonction de Green hors équilibre [2]. Nous proposons un travail de développement et de prise en main de ces méthodes en combinant plusieurs approches de simulation. Le but est d’étudier les mécanismes de dégradation d’un oxyde en suivant le mouvement des atomes oxygènes couplé au champ électrique. Ces mécanismes sont encore largement méconnus et viendront supporter les efforts d’optimisation et de caractérisation des cellules mémoires RRAM actuellement fabriquées et étudiées au LETI. Les outils de simulations visés sont Siesta pour la partie DFT, et TB_Sim pour la partie transport.
[1] S. Kasamatsu et al., « First principle calculation of charged capacitors under open-circuit using the orbital separation approach, PRB 92, 115124 (2015)
[2] M. Brandbyge et al., « Density functional method for nonequilibrium electron transport », PRB 65, 165401 (2002)
Conception et réalisation d’un retour d’effort par sens électrique pour la téléopération de bras sous-marins et aériens
Depuis quelques années, le groupe Robotique Bio-inspirée de l’équipe Robotique de l’IRCCyN développe un mode de perception bio-inspiré de certains poissons des eaux douces tropicales: le sens électrique. De nature active, ce sens est basé sur la perception des distorsions par l’environnement d’un champ électrique produit par le poisson. Basé sur ce principe l’Irccyn a développé, dans le contexte d’un projet Européen nommé Angels, le premier robot autonome sous-marin apte à se déplacer grâce au sens électrique. Dans l’avenir, CEA TECH et l’Irccyn veulent étendre ce premier résultat dans de multiples directions et notamment dans le contexte de la télé-opération des bras manipulateurs sous-marins et aériens avec retour haptique émulé par le sens électrique. Intégré dans le groupe de Robotique Bio-inspiré de l’IRCCYN, le post-doctorant devra contribuer au développement du sens électrique et à son usage pour la téléopération sous-marine et aérienne. Il participera à la conception et au développement de nouveaux capteurs inspirés des poissons électriques et à leur usage pour la robotique sous-marine téléopérée. Les résultats de ses travaux serviront de base au démonstrateur industriel (système de téléopération off-shore) qui doit être développé dans le cadre du projet CEA TECH / IRCCYN Robotique Bio-inspirée.