Identification versus anonymisation depuis un client embarqué opérant sur une blockchain
Le premier déploiement d’une blockchain à l’échelle de la planète date de 2010 avec Bitcoin, qui introduit un système monétaire complètement numérique et une crypto-monnaie, le bitcoin. Au sein de Bitcoin, toutes les transactions sont publiquement accessibles et traçables, ce qui devrait générer de la confiance entre les acteurs. Mais la traçabilité des transactions, in fine de la crypto-monnaie, n’implique pas la traçabilité des utilisateurs authentifiés par une adresse de compte, ou plus exactement par un ensemble d’adresses de compte indépendantes les unes des autres. Dans ce contexte, il peut s’avérer complexe de remonter aux personnes physiques ou morales détentrices de crypto-monnaie.
La crypto-monnaie n’est pas le seul cas d’usage supporté par la technologie blockchain. Le déploiement d’Ethereum en 2014, s’appuyant sur l’usage de smart contracts, a ouvert à beaucoup d’autres usages, en particulier la protection des données identifiantes. Dans ce domaine, les besoins de traçabilité, versus de furtivité, peuvent être très différents d’un cas d’usage à un autre. Par exemple, sur une blockchain qui enregistre l’accès d’un travailleur munis d’un certificat de travail, à un site industriel, aucune information permettant d’identifier le travailleur ou de tracer son activité ne devra figurer. En revanche, dans le cas de données collectées par des capteurs IoT et traitées par des dispositifs Edge distants, la traçabilité des données et des traitements est souhaitable.
La thèse propose d’étudier différentes techniques de traçabilité des avoirs numériques sur une blockchain, de furtivité de leurs possesseurs, ainsi que de la possibilité d’audit et d’identification par un organisme habilité. La finalité est de construire des dispositifs embarqués, Edge ou personnels embarquant possiblement une intelligence artificielle, sécurisés par des composants matériels, intégrant différentes solutions cryptographiques et structures de wallet pour répondre aux besoins de différents cas d’usage envisagés.
Valorisation du biogaz par conversion du CO2 avec une biorafinerie avancée
L'utilisation de sources d'énergie renouvelables est un défi majeur pour les décennies à venir. L'une des façons de répondre à la demande croissante d'énergie est de valoriser les déchets. Parmi les différentes stratégies actuellement développées, la valorisation de biogaz issu des stations de méthanisation apparaît comme une approche prometteuse. En effet, le biogaz est composé majoritairement de méthane, mais aussi de CO2 (environ 40%) non utilisé. Le projet proposé ici est le reformage du biogaz en utilisant une source de biohydrogène renouvelable pour convertir le CO2 restant en CH4 pur. Nous proposons de mettre en place une bioraffinerie avancée autonome qui combinera la photoproduction d'hydrogène à partir de déchets de l'industrie laitière réalisée par la bactérie Rhodobacter capsulatus combiné avec le CO2 présent dans le biogaz dans une unité de biométhanation contenant une culture de Methanococcus maripaludis, une archée méthanogène capable de produire du CH4 à partir de CO2 et de H2 selon la réaction de Sabatier. Le but est de produire du méthane de façon non énergivore et respectueuse de l'environnement.
Developpement de matériaux de barrière auto-formants pour interconnexions BEOL avancées
Contexte : Avec la miniaturisation des dispositifs électroniques et l'introduction de nœuds technologiques avancés inférieurs à 10 nm, la fiabilité des interconnexions en cuivre (Cu) devient un enjeu central pour maintenir les performances des dispositifs microélectroniques. Ces interconnexions doivent non seulement garantir une conductivité optimale, mais aussi résister à la diffusion et à la délamination. Traditionnellement, des barrières de diffusion à base de tantale (Ta/TaN) sont utilisées pour empêcher la diffusion du cuivre dans le diélectrique. Cependant, à mesure que les dimensions des dispositifs diminuent, l'incorporation de ces barrières devient de plus en plus complexe, même avec des techniques avancées comme le dépôt de couches atomiques (ALD), car l'épaisseur de la barrière doit être réduite à quelques nanomètres. Pour relever ce défi, une alternative prometteuse émerge avec les barrières auto-formantes (Self-Forming Barriers, SFB). Ce procédé utilise des alliages de cuivre enrichis en éléments tels que le manganèse (Mn), le titane (Ti), l'aluminium (Al) ou le zinc (Zn), qui migrent à l'interface Cu-dielectrique pour former une barrière ultra-fine. Cette solution simplifie le processus de fabrication tout en minimisant la résistance électrique des interconnexions.
Projet de thèse : Le candidat au doctorat rejoindra une équipe de recherche multidisciplinaire pour explorer et optimiser les matériaux pour la réalisation de SFBs en utilisant des alliages de Cu. Les axes principaux incluent :
• Sélection et caractérisation des matériaux : Développer et analyser des films minces d'alliages de Cu par des méthodes électrochimiques et/ou PVD pour étudier leur microstructure et leur morphology.
• Formation de barrière : Contrôler la migration des alliages à l'interface Cu/dielectrique lors de l'annealing thermique et évaluer l'efficacité de la barrière.
• Propriétés électriques et mécaniques : Évaluer l'impact des SFB sur la résistance électrique, l'électromigration et la délamination, en particulier lors de tests accélérés.
Compétences requises : Diplôme de Master en électrochimie ou en science des matériaux avec un fort intérêt pour la recherche appliquée. Un intérêt prononcé pour le travail expérimental, des compétences en dépôt de films minces, électrochimie et caractérisation des matériaux (AFM, SEM, XPS, XRD, SIMS). Vous devez être capable de mener des recherches bibliographiques et d'organiser votre travail de manière efficace.
Environnement de travail : Le candidat travaillera au sein d'une équipe pluridisciplinaire et aura accès à des installations de pointe de 200/300 mm, il participera au projet NextGen du CEA sur des interconnexions avancées pour des applications à haute fiabilité.
Fonctions avancées de monitoring des transistors de puissance (vers la fiabilisation et augmentation de la durée de vie des convertisseurs de puissance pour l’énergie)
Afin d’augmenter la puissance des systèmes électroniques, une approche courante est de paralléliser des composants au sein de modules. Cependant, cette parallélisation est compliquée par la dispersion des paramètres des transistors, tant initiaux que post-vieillissement. Les commutations rapides des composants WBG (semi-conducteurs à large bande interdite) nécessitent souvent des ralentissements pour éviter des suroscillations et des destructions.
Un schéma de pilotage intelligent, incluant une commande ajustée, un contrôle des paramètres internes des circuits et des dispositifs, ainsi qu'une boucle de rétroaction, pourrait améliorer la fiabilité, la durée de vie et réduire les risques de casse.
Les objectifs de la thèse seront de développer, étudier et analyser les performances de fonction de contrôle et pilotage de composants de puissance, tels le carbure de silicium (SiC) ou le nitrure de gallium (GaN), qui pourraient à terme être implémenté dans un circuit intégré dédié (type ASIC).
Ce sujet de thèse vise à résoudre des problèmes critiques dans la parallélisation de composants de puissance, contribuant ainsi à l'éco-innovation en augmentant la durée de vie des modules de puissance.
Sondage de circuits intégrés par faisceau électronique
La conception des circuits intégrés nécessite, en fin de chaîne, des outils d'édition de circuit et d'analyse de défaillance. Parmi ces outils, le sondage de niveaux de potentiels électriques par utilisation d'un faisceau électronique disponible dans un MEB (Microscope Electronique à Balayage) permet de connaitre le signal électrique présent dans une zone du circuit, cette zone pouvant être un niveau de métal ou un transistor. Cette technique de sondage électronique a été très utilisée dans les années 90, puis partiellement abandonnée malgré quelques publications récurrentes sur cette technique. Les dernières années ont remis au gout du jour cette technique par utilisation de la face arrière du composant, le sondage se faisant via le substrat de silicium et l'accès aux zones actives du composant.
Ces outils de débogage et d'analyse de défaillance sont aussi des outils pour attaquer les circuits intégrés. Ce sujet de thèse s'inscrit dans le cadre de la cybersécurité matérielle et notamment des risques liés aux attaques dites invasives. Le doctorant mettra en œuvre cette technique de sondage par faisceau électronique sur des MEB commerciaux et dans des conditions d'utilisation propre à la cybersécurité. Il sera envisagé différentes techniques pour améliorer les signaux sondés, pour comprendre les risques et se prémunir de leur exploitation, notamment par l'utilisation et le détournement d'un MEB de table qui rendrait l'attaque "low-cost".
Développement d’une plateforme microfluidique bioanalytique pour quantifier la bio distribution cellulaire d’un médicament
Le mode d'action d’un médicament, ainsi que son efficacité, sont corrélés non seulement à sa capacité à s’accumuler au niveau des tissus pathologiques ciblés, à savoir sa bio distribution tissulaire, mais également à atteindre spécifiquement sa cible moléculaire au sein des cellules. Une accumulation non spécifique d’un médicament dans ces cellules peut être à l’origine d’effets non-désirés, par exemple des effets secondaires lors de chimiothérapies. En d’autres termes, évaluer l’efficacité, la spécificité et l’absence de toxicité d’un médicament nécessite de déterminer précisément et de façon quantitative sa bio distribution cellulaire. Devenus incontournable en oncologie, les conjugués anticorps-médicaments (ADC) permettent une thérapie vectorisée afin de cibler préférentiellement au sein d’une tumeur un sous-ensemble de cellules tumorales exprimant l’antigène reconnu par l’anticorps.
Ces ADC ciblent des cellules tumorales spécifiques exprimant un antigène particulier, limitant ainsi la toxicité pour les tissus sains. Le marquage radioactif des médicaments (3H, 14C) est une méthode clé pour quantifier leur accumulation dans les cellules tumorales et non tumorales, afin d’évaluer la précision du ciblage et éviter les effets secondaires indésirables. Cependant, la détection des faibles émissions de tritium nécessite de nouvelles solutions technologiques. Le projet propose le développement d'une plateforme microfluidique innovante permettant de détecter et quantifier ces isotopes dans des cellules uniques. Cette approche permettra de mieux documenter la distribution des ADC dans des tissus hétérogènes et d’affiner les stratégies thérapeutiques.
Révolutionner l'intervention en milieux complexes : L'IA et les Jumeaux numériques en synergie pour des solutions innovantes et efficaces.
Contexte scientifique
L’exploitation d’équipements complexes, notamment dans le secteur nucléaire, repose sur l’accès rapide et sécurisé à des données hétérogènes. Les avancées en IA générative, combinées aux Jumeaux Numériques (JN), offrent des solutions innovantes pour améliorer les interactions humain-système. Cependant, l’intégration de ces technologies dans des environnements critiques nécessite des approches adaptées pour garantir intuitivité, sécurité et efficacité.
Travail proposé
Cette thèse propose de développer une architecture d’IA générative enrichie par des données métiers et accessible via la réalité mixte, permettant à un opérateur de boite à gants de poser des questions en langage naturel. Les travaux incluent :
1. Une revue de l’état de l’art sur la génération augmentée (RAG), les technologies ASR/TTS et les JN.
2. Le développement et l’intégration d’un chatbot pour l’exploitation nucléaire.
3. L’évaluation des interactions humain-IA et la définition de métriques d’efficacité et d’adoption.
Résultats attendus
Le projet vise à améliorer la sécurité et la productivité grâce à une interaction optimisée et à proposer des guidelines pour l’adoption de ces systèmes dans des environnements critiques.
Structuration 3D complexes à base d’origamis d’ADN
L'évolution rapide des nouvelles technologies, telles que les voitures autonomes ou les énergies renouvelables, nécessite la réalisation de structures de plus en plus complexes. Pour cela, il existe aujourd’hui de nombreuses techniques de structuration de surface. En microélectronique, la lithographie optique est la méthode de référence permettant d’obtenir des motifs micro- et nanométriques. Cependant, elle reste limitée dans la diversité des formes réalisables.
Au cours des dernières années, une approche prometteuse a été développée au sein des laboratoires du CBS (INSERM à Montpellier) et CEA Leti (Grenoble) : l’assemblage des origamis d'ADN. Cette technologie exploite les propriétés d'auto-assemblage de cette chaine de polymères qu’est l’origami ADN. L’organisation des origamis d’ADN de taille nanométrique permet de former in fine des structures d’une dimension micrométrique. L'objectif de cette thèse est d'explorer de nouvelles perspectives en combinant des origamis 2D et 3D pour créer des structures inédites. Ces motifs pouvant présenter un grand intérêt pour des applications dans les domaines tel que l’optique ou encore l’énergie.
Conception et développement d’algorithmes asynchrones pour la résolution de l’équation du transport des neutrons sur des architectures massivement parallèles et hétérogènes
Cette proposition de thèse s’inscrit dans le cadre de la résolution numérique d’équations aux dérivées partielles par le biais d’une discrétisation des variables. Elle s’intéresse, dans un formalisme d’éléments finis, à travailler sur la conception d’algorithmes au travers de modèles de programmation parallèle et asynchrone pour la résolution de ces équations.
Le cadre industriel applicatif est la résolution de l’équation de Boltzmann appliquée au transport des neutrons dans le cœur d’un réacteur nucléaire. Dans ce contexte, beaucoup de codes modernes de simulations’appuient sur une discrétisation par éléments finis (plus précisément, un schéma Galerkin discontinu décentré amont) pour des maillages cartésiens ou hexagonaux du domaine spatial. L’intérêt de ce travail de thèse prolonge des travaux précédents pour explorer leur extension dans un cadre d’architecture distribuée qui n’ont pas été abordé jusque-là dans notre contexte. Il s’agira de coupler des stratégies algorithmiques et numériques pour la résolution du problème à un modèle de programmation qui expose du parallélisme asynchrone.
Ce sujet s’inscrit dans le cadre de la simulation numérique des réacteurs nucléaires. Ces simulations multiphysiques coûteuses requièrent le calcul du transport des neutrons en cinétique qui peuvent être associées à des transitoires de puissance violents. La stratégie de recherche adopté pour cette thèse permettra de gagner en coût de calcul, et alliée à un modèle massivement parallèle, peut définir les contours d’un solveur neutronique efficace pour ces problèmes multiphysiques.
Un travail réussi dans le cadre de cette thèse permettra à l’étudiant de prétendre à un poste de recherche en simulation et analyse numérique de problèmes physiques complexes, par-delà la seule physique des réacteurs nucléaires.
Prédire les propriétés thermodynamiques des défauts dans des alliages métalliques multi-composants à partir de l'échelle atomique par apprentissage statistique
Les propriétés et le comportement des matériaux dans des conditions extrêmes sont essentiels pour les systèmes énergétiques tels que les réacteurs de fission et de fusion. Cependant, prédire avec précision les propriétés des matériaux à haute température reste un défi. Les mesures directes de ces propriétés sont limitées par les instruments expérimentaux, et les simulations à l'échelle atomique basées sur des champs de force empiriques sont souvent peu fiables en raison d'un manque de précision. Ce problème peut être résolu à l'aide de techniques d'apprentissage statistique, qui ont récemment vu leur utilisation exploser en science des matériaux. Les champs de force construits par apprentissage statistique atteignent le degré de précision des calculs {it ab initio} ; cependant, leur mise en œuvre dans les méthodes d'échantillonnage est limitée par des coûts de calcul élevés, généralement supérieurs de plusieurs ordres de grandeur à ceux des champs de force traditionnels. Pour surmonter cette limitation, deux objectifs seront poursuivis dans cette thèse : (i) améliorer les champs de force par apprentissage statistique actif en trouvant un meilleur compromis précision-efficacité et (ii) créer des méthodes accélérées d'échantillonnage de l'énergie libre et des chemins cinétiques afin de faciliter l'utilisation de champs de force d'apprentissage statistique coûteux en termes de calcul. Pour le premier objectif, nous améliorons la construction des champs de force d'apprentissage statistique en nous concentrant sur trois facteurs clés : la base de données, le descripteur de l'environnement atomique local et le modèle de régression. Pour le deuxième objectif, nous mettrons en œuvre un schéma d'échantillonnage bayésien rapide et robuste pour estimer l'énergie libre anharmonique, qui est cruciale pour comprendre les effets de la température sur les solides cristallins, à l'aide d'une méthode de force de biais adaptative qui améliore considérablement la vitesse de convergence et la précision globale. Nous appliquerons les méthodes développées au calcul de l'énergie libre et de ses dérivées, des grandeurs physiques qui donnent accès aux propriétés thermo-élastiques des alliages et aux propriétés thermodynamiques des défauts ponctuels. Pour cela, nous utiliserons des extension algorithmiques qui permettent d'échantillonner un état métastable spécifique et aussi les chemins de transition vers d'autres bassins d'énergie et donc d'estimer les énergies libres de formation et de migration de défauts lacunaires. Les grandeurs thermodynamiques calculées seront ensuite utilisées comme données d'entrée de méthodes de Monte Carlo cinétique, qui permettra de mesurer les coefficients de diffusion dans les alliages complexes en fonction de la température. Un but sera d'essayer de relier les propriétés de transport atomique à la complexité de l'alliage. Notre approche ayant une rapidité considérablement supérieure à celle des méthodes standard, nous pourrons envisager de l'appliquer à des alliages complexes comprenant les éléments W, Ti, V, Mo et Ta à des températures et des compositions qui n'ont pas été étudiées expérimentalement.