Composites nano-silicium/graphène pour batteries lithium-ion à haute densité d’énergie
Le sujet s’inscrit dans un projet H2020 inclus dans le Core 2 du Flagship Graphene (2018-2020), portant sur les applications du graphène dans le stockage de l’énergie. Pour les batteries Li-ion, le graphène est associé en composite avec du silicium nano-structuré pour augmenter la capacité énergétique. Le graphène enrobe le silicium, réduisant sa réactivité avec l’électrolyte et la formation de la couche de passivation (SEI), et maintient une conductivité électrique élevée dans l’électrode.
L’étude porte sur 2 technologies : l’optimisation de composites graphène-nanoparticules de Si déjà explorés dans ce projet, et la mise au point de composites inédits graphène-nanofils de Si pour comparaison. Elle sera menée dans deux laboratoires du CEA en étroite collaboration : au LITEN (recherche technologique) spécialisé dans les batteries pour le transport, et à l’INAC (recherche fondamentale) spécialisé dans la synthèse de nanomatériaux.
Le/la postdoc fera la synthèse des nanofils de Si pour ses composites par le procédé de croissance en masse récemment breveté à l’INAC. Elle/il sera en charge de la formulation des composites selon le savoir-faire du LITEN et de leur mise en œuvre en pile bouton pour tests en cyclage. Il/elle mènera une comparaison systématique du comportement électrochimique des deux types de composites à base de nanoparticules et de nanofils. La comparaison s’appuiera sur une étude du mécanisme de perte progressive de capacité et de formation de la SEI grâce aux outils de caractérisation disponibles au CEA Grenoble et dans le consortium du projet : diffraction X, microscopie électronique, spectroscopies XPS, FTIR, RMN. Elle/il participera aux travaux du consortium international (Cambridge UK, Gênes Italie, Graz Autriche).
Le contrat postdoctoral est attribué pour 2 ans.
On recherche un docteur en sciences des matériaux avec expérience en nanocaractérisation, nanochimie et/ou électrochimie.
Les candidatures sont attendues avant le 31 mai 2018.
Conception en vue de la fiabilité des composants microélectroniques numériques
Les mémoires non-volatiles de type flash sont un élément clé pour le développement des applications haute-température dans l’aérospatial, l’industrie automobile et l’industrie du forage. Malheureusement, le temps de rétention des mémoires flash est fortement dégradé par la haute-température et peut être considérablement diminué même à des températures plus modérées, particulièrement dans le cas où il faut stocker plusieurs bits par cellule. Cet effet peut être estompé à travers un rafraîchissement périodique des données. Le problème est que, en présence des variations de température dues à un changement des conditions environnementales et/ou de charge de travail, une fréquence de rafraîchissement fixe doit être adaptée au pire cas et risque d’entraîner des pertes en termes de performance et endurance.
Le premier objectif de ce projet est d’implémenter une méthode de rafraîchissement basée sur l’utilisation d’un compteur permettant de : (a) suivre l’évolution de l’impact de la température sur le temps de rétention des mémoires flash, (b) générer des alertes sur l’imminence d’une perte de données et (c) fournir des timestamps.
Le deuxième objectif du projet est de déterminer la loi qui gouverne l’évolution avec le temps des fautes de rétention dans une mémoire flash. Le but est l’implémentation d’une technique capable de déterminer le temps de rétention restant de chaque page mémoire en fonction de l’âge de rétention, i.e. le temps écoulé depuis le stockage des données, et le nombre des erreurs de rétention et non-rétention.
Le travail du post-doctorant inclura la publication des résultats scientifiques dans des conférences internationales et journaux de haut niveau.
Calcul de perturbations et sensibilités par méthodes de Monte Carlo
La théorie des perturbations/sensibilités au premier ordre vise uniquement le calcul de la réactivité du réacteur. De nombreux défis existent quant à la généralisation et à l’applicabilité des algorithmes de pondération par le flux adjoint à l’analyse de sensibilité d’observables physiques arbitraires (« sensibilités généralisées »). Le développement de cette thématique constitue un axe fondamental de recherche pour la simulation Monte Carlo, avec des retombées attendues pour les simulations de criticité dans le code Monte Carlo TRIPOLI-4. Le post-doc s’intéressera donc au développement et au test de méthodes novatrices pour le calcul d’observables physiques pondérées par le flux adjoint, telles que les formes linéaires ou bi-linéaires (paramètres cinétiques, perturbations, sensibilités et sensibilités généralisées) d’intérêt pour la physique des réacteurs.
Simulation de l’échange thermique entre fluide et structure dans des canaux turbulents
En ce moment il y a un effort considérable en Europe dans le domaine des Grands Lasers de puissance, de l’ordre du PetaWatt, avec des taux de répétition élevés (de 1 à 10 Hz) : sans parler du programme MegaJoule à Bordeaux, et du laser « Petale » - où le taux de répétition est cependant très bas – , de grands projets sont en cours en Europe Orientale avec les 3 projets « ELI », en France avec le laser « Apollon » (10 PW) , tous projets de lasers PW répétitifs pour la science et les applications. Ces grands projets entrainent – et exigent – une maitrise parfaite des défis technologiques que posent les grands lasers. Aux forts taux de répétition, la thermique est un des défis les plus importants.
Pour le relever, et préparer l’avenir, le CEA (Grenoble et Saclay, avec une collaboration du LEGI à Grenoble) a décidé de lancer un programme de R&D avec les tâches suivantes : (i) simulation du refroidissement d’amplificateurs lasers ; (ii) validation expérimentale des calculs ; (iii) conception d’un système de refroidissement adapté aux futurs lasers de puissance à fort taux de répétition : pour cela, l’hélium gazeux à basse température est un fluide particulièrement intéressant pour les raisons suivantes : 1. Travailler à basse température permet de maximiser la conductivité thermique des matériaux amplificateurs, en sorte que la température y soit bien homogène, condition sine qua non pour garder la cohérence du faisceau. 2. En outre, l’efficacité de l’amplification est supérieure lorsque l’on travaille à basse température (50 – 150 K). La maitrise de la température des amplificateurs se fait par l’échange thermique entre le fluide caloporteur et les amplificateurs.
Le post doctorat proposé se situe au niveau de la tâche (i) : simulation du refroidissement des amplificateurs et de l’écoulement de fluide caloporteur.
Développement d’un microscope bimodal Brillouin-Raman pour la caractérisation des tissus biologiques
Le Laboratoire d’Imagerie et des Systèmes d’Acquisition (LISA) et le Laboratoire de Physique du Cytosquelette (LPCV) du CEA Grenoble proposent un projet pour mettre en place et caractériser une nouvelle modalité d’imagerie biologique combinant la spectroscopie Brillouin à la spectroscopie Raman. Il s’agit d’un projet interdisciplinaire entre instrumentation et biologie. La spectroscopie Brillouin permet la mesure non-invasive des propriétés visco-élastiques des cellules et tissus à l’échelle micrométrique, tandis que la spectroscopie Raman donne une information biochimique complémentaire. Ces mesures ont des applications dans l’étude de l’organisation du cytosquelette, et pour de nouveaux outils de diagnostique basés sur la détection précoce des altérations mécaniques et biochimiques des tissus.
Le postdoc sera responsable du développement et du couplage du spectromètre Brillouin au microscope Raman du LISA. Cela inclut le développement du système optique, le pilotage de l’instrument, et l’analyse des données. Il/Elle caractérisera l’instrument sur des systèmes reconstitués préparés au LPCV, puis s’attachera à des mesures in-cellulo. Le candidat retenu coordonnera les travaux entre le LPCV et le LISA.
Etude la physisorption d’espèces chimiques sur des surfaces sensibles lors des transferts en mini-environnement contrôlés en microélectronique
Une plateforme de caractérisation basée sur le concept de connexion entre équipements de procédés et de caractérisation par l’intermédiaire d’une valise de transfert sous vide a été montée permettant une caractérisation quasi in-situ des substrats et matériaux de la microélectronique. Ce concept de transfert, basé actuellement sur le simple vide statique dans une valise est satisfaisant vis-à-vis du taux résiduel de O et C à la surface de matériaux particulièrement sensibles (Ge, Ta, Sb, Ti, …) et les croissances par MOCVD sur les GST ou les III/V, ou l’analyse des couches réactives après gravure plasma. Son optimisation pour des applications plus exigeantes (collage moléculaire, reprise épitaxie) en termes de préservation des surfaces nécessite de mieux comprendre l’évolution physico chimie des surfaces.
Le travail proposé portera sur des études physico chimiques de l’évolution et de la contamination moléculaire des surfaces lors des transferts et se déroulera en salle blanche. L’XPS, la TD-GCMS et la spectrométrie de masse sur la boite elle-même (à implémenter), seront utilisés pour adresser l’origine (parois, joints, environnement gazeux, …) des espèces chimiques adsorbées et déterminer les mécanismes de physisorption à la surface des substrats. Les surfaces étudiées seront suffisamment sensibles à la contamination pour extraire l’influence de l’environnement de la boite et les paramètres explorés seront la nature des joints utilisés, l’influence de l’étuvage de la boite, le niveau de vide, l’utilisation d’un mini environnement gazeux à basse pression dans la boite (nature du gaz, pression,…)
Réalisation par laser femtoseconde de récepteurs acoustiques à réseaux de Bragg pour la Surveillance Santé des Structures par tomographie acoustique passive
Le sujet de post-doctorat proposé s’inscrit dans le cadre d’un projet transversal initié par le CEA et qui consiste à développer un prototype de système de surveillance en continu d’une structure métallique (une conduite par exemple) par chapelets de récepteurs acoustiques à réseaux de Bragg fibrés et par imagerie passive (ou tomographie passive). Il vise à démontrer la pertinence du concept de SHM (Structural Health Monitoring) pour le nucléaire à l’aide de capteurs opérant en continu et en environnement extrême. Ce projet s’appuie sur deux développements récents : les réseaux de Bragg de nouvelle génération développés pour environnement sévère et les algorithmes d’imagerie de défauts à partir de l’analyse du bruit ambiant. Une démonstration de principe de la mesure passive d’ondes élastiques par réseaux de Bragg a été effectuée au CEA en 2015, ce qui constitue une première mondiale, brevetée. Le projet vise plus particulièrement à réaliser un démonstrateur et à équiper une canalisation sur boucle d’essai. Il fournira des données d’entrée relatives à la capacité d’un fluide en mouvement à générer des ondes élastiques analysables en tomographie passive.
Développement de panneaux solaires flexibles pour applications spatiales
Les panneaux solaires utilisés conventionnellement pour alimenter en énergies les satellites sont encombrants et reliées entre eux par de lourdes pièces mécaniques. Plus légers et plus compacts, les panneaux solaires flexibles consistent en une peau souple servant de support aux cellules solaires qui transforment la lumière en électricité. Etant flexibles, les panneaux solaires pourraient s’enrouler ou se plier, sans l’aide de moteurs, les rendant ainsi moins lourds et coûteux que les panneaux solaires conventionnels.
D’un autre côté, le secteur des satellites est en train de migrer d’une configuration mono satellitaire à une configuration de constellation de satellites. Ces dernières années, le besoin de production de masse de satellites légers s’est accru. Les fabricants de panneaux solaires sont mis à l’épreuve sur leur capacité à affronter ces nouveaux besoins en termes de capacité de production et d’adaptabilité de leurs lignes de production. C’est exactement sur ces points que le photovoltaïque spatial peut apprendre du photovoltaïque terrestre.
Pour affronter ces nouveaux défis, le Liten a commencé à travailler sur ces sujets il y a plus de deux ans. Dans le cadre de ce post-doc, nous proposons de développer une architecture innovante de panneau solaire flexible en utilisant des procédés de fabrication à fort potentiel industriel. Nous cherchons pour cela un candidat avec une forte expérience dans le domaine des polymères et de leur mise en œuvre, avec aussi une expérience en mécanique. Toute expérience antérieure dans le photovoltaïque sera avantageusement considérée.
Sécurisation énergétiquement efficace de fonctions de sécurité pour l’IoT en technologie FDSOI 28nm
La sécurité des objets connectés doit être efficace en énergie. Or, la plupart des travaux
autour de la sécurisation par la conception montrent un surcoût, d’un facteur
multiplicatif de 2 à 5, en surface, en performance, en puissance et en énergie, qui ne
satisfait pas les contraintes de l’IoT. Ces 5 dernières années les efforts de recherche
sur la sécurisation ont été guidés par la réduction de la surface silicium voire de la
puissance, ce qui n’implique pas toujours à une diminution de l’énergie, critère
prédominant dans les objets connectés autonomes. Le sujet de post-doc vise la sécurisation
vis à vis d’attaques potentielles, et l’optimisation en consommation énergétique, de
l’implémentation de fonctions de sécurité (capteurs de détection d’attaques, accélérateur
cryptographique, générateur de nombre aléatoire, etc.) en technologie FDSOI 28nm.
A partir de la sélection de briques de sécurité non sécurisées, disponibles sur FPGA, le
post-doc explorera les solutions de sécurisation à tous les niveaux du flot de conception
afin de proposer et de valider, dans un démonstrateur silicium, les contre-mesures les
plus efficaces en énergie tout en garantissant le niveau de sécurité choisi.
Simulation des écoulements d’hélium supercritique dans les circuits de refroidissements des tokamaks
Les futurs réacteurs de fusion de type tokamak (ITER, DEMO) devront démontrer la sûreté nucléaire de leurs systèmes, validée par des codes de thermo-hydraulique. Pour répondre à cette demande nous proposons de choisir comme outil de calcul scientifique le code CATHARE (code avancé de thermo-hydraulique pour les réacteurs à eau). Le travail proposé consistera à adapter le code CATHARE à l’hélium à basse températures et par la suite le comparer dans le cadre d’un benchmark avec les codes de la DRF et des données expérimentales disponibles au CEA Grenoble.
L’étude sera menée en trois étapes. Une première phase sera dédiée à une recherche bibliographique sur la thermo-hydraulique de l’hélium et à l’identification des relations de fermeture pour l’hélium monophasique. Dans un deuxième temps l’ingénieur implémentera ces lois dans le code. Enfin la dernière partie portera sur la validation des résultats. Cette validation consistera à réaliser un benchmark qui s’appuiera sur trois applications : étude d’une cryo-pompe, étude d’un circuit de décharge d’hélium super-critique et étude d’un câble supra-conducteur.