CORTEX: Orchestration de Conteneurs pour les applications Temps-Réel, Embarqués/edge, à criticité miXte
Cette proposition de thèse de doctorat vise à développer un schéma d'orchestration de conteneurs pour les applications en temps réel, déployées sur un continuum de ressources de calcul hétérogènes dans l'espace embarqué-edge-cloud, avec un focus particulier sur les applications nécessitant des garanties en temps réel.
Les applications, allant des véhicules autonomes, à la surveillance de l'environnement ou à l'automatisation industrielle, exigent traditionnellement une grande prédictibilité avec des garanties en temps réel, mais elles demandent de plus en plus de flexibilité à l'exécution ainsi qu'une minimisation de leur empreinte environnementale globale.
Pour ces applications, une stratégie adaptative innovante est nécessaire pour optimiser dynamiquement (à l'exécution) le déploiement des charges logicielles sur les nœuds matériels, avec un objectif mixte-critique combinant des garanties en temps réel et la minimisation de l'empreinte environnementale.
Effet du rayonnement gamma sur les mémoires non-volatile à base de hafnia pour des applications en environnements extrêmes
L’émergence des mémoires ferroélectriques à base de HfO2 a ouvert un nouveau paradigme pour le calcul embarqué à très basse consommation d’énergie. L’oxyde d’hafnium est pleinement compatible avec la technologie CMOS et est intrinsèquement à basse consommation d’énergie, trois ordres de grandeur plus faible que d’autres technologies émergentes de mémoires non-volatile.
Ces avantages s’alignent avec les applications stratégiques dans l’espace, la défense, le médical, la sûreté nucléaire et le transport lourd, où l’électronique doit faire face aux environnements extrêmes d’irradiation.
L’imprint induit un décalage de la réponse polarisation-tension (P-V) sur l’axe du voltage, attribué au piégeage/dépiégeage de charge, épinglement des domaines et aux défauts chargés tels que les lacunes d’oxygène. Tous ces phénomènes peuvent être accentués par l’irradiation.
Le projet utilisera des techniques avancées de spectroscopie des photoélectrons, notamment la photoémission induite par des rayons X durs avec le rayonnement synchrotron, ainsi que des analyses complémentaires de structure par la microscopie électronique à haute résolution, la diffraction des rayons X et la microscopie en champ proche. Les caractérisations expérimentales seront accompagnées par des calculs théoriques pour simuler la réponse du matériau à l’irradiation.
Ce travail sera développé dans le cadre d’une collaboration étroite entre le CEA/Leti à Grenoble, fournissant les échantillons, les dispositifs intégrés et les caractérisations électriques à l’échelle du wafer, et le CEA/Iramis à Saclay où le doctorant sera basé, pour l’ensemble des analyses des propriétés des matériaux, les irradiations, les expériences avec le rayonnement synchrotron et les caractérisation à l’échelle du dispositif.
Interconnexions 3D pour le design et la fabrication de processeurs quantiques
Pour améliorer les performances des ordinateurs quantiques, l'intégration tridimensionnelle (3D) est désormais essentielle. Grâce à des technologies telles que le flip-chip, le routage multi-niveaux ou même des vias traversants (TSV), l'intégration 3D offre des solutions pour augmenter le nombre de qubits sur un processeur, réduire les pertes de signaux et le cross-talk, et même améliorer la gestion thermique. Tous ces aspects sont essentiels pour continuer la mise à l'échelle des qubits.
Notre équipe développe des technologies d'interconnexion 3D (par exemple, des microbumps supraconducteurs et des TSV) pour la prochaine génération de processeurs quantiques. Cette thèse se concentrera sur la caractérisation électrique et radiofréquence de ces interconnexions et des dispositifs quantiques intégrés à proximité afin d'étudier l'impact de ces briques technologiques 3D sur les propriétés quantiques des systèmes formés.
Cette thèse se situe à la frontière entre les défis matériaux, technologiques et physiques des systèmes quantiques. Vous travaillerez avec les équipes du CEA-LETI et du CEA-IRIG. En tant que doctorant, vous participerez à la conception et au layout des véhicules de tests ainsi qu'à leur fabrication. Vous mènerez également les mesures à basse température des échantillons fabriqués, effectuerez les analyses associées et rédigerez des rapports.
Un cadre théorique pour la conception et la réalisation de robots sériels modulaires et reconfigurables axés sur les tâches, en vue d'un déploiement rapide.
Les innovations qui ont donné naissance aux robots industriels remontent aux années soixante et soixante-dix. Elles ont permis un déploiement massif de robots industriels qui ont transformé les ateliers, du moins dans certains secteurs de l'industrie tels que la construction automobile et certaines chaînes de production de masse.
Néanmoins, ces robots ne répondent pas totalement à d’autres applications qui sont apparues et se sont développées dans des domaines tels que la recherche en laboratoire, la robotique spatiale, la robotique médicale, l'inspection et la maintenance, la robotique agricole, la robotique de service et, bien sûr, les humanoïdes. Un petit nombre de ces secteurs ont connu un déploiement et une commercialisation à grande échelle de systèmes robotiques, mais la plupart avancent de manière lente et incrémentale.
Une question que l’on peut se poser est de savoir à quoi cela est dû ? Est-ce parce que le matériel n’est pas adapté (capacités physiques insuffisantes pour générer les forces et effectuer les mouvements nécessaires), parce que le logiciel n’est pas suffisamment performant (contrôle commande, perception, décision, apprentissage, etc.), ou parce qu’on ne dispose pas de paradigmes de conception capables de répondre aux besoin de ces applications (possibilités de conception rapide et sur mesure de nouveaux robots) ?
L'explosion sans précédent de la science des données, de l'apprentissage automatique et de l'IA dans tous les domaines de la science, de la technologie et de la société est souvent perçue comme une solution évidente pour répondre au problème, et une évolution radicale se profile ou est anticipée avec la promesse d'autonomiser les prochaines générations de robots grâce à l'IA (à la fois prédictive et générative). En conséquence, on a souvent tendance à apporter une attention particulière à l'aspect logiciel (apprentissage, aide à la décision, codage etc.), sans doute au détriment de capacités physiques améliorées (matériel) et de nouveaux concepts (paradigmes de conception). Il est pourtant clair que les aspects cognitifs de la robotique, notamment l'apprentissage, le contrôle et l'aide à la décision, ne pourront apporter une solution que si des dispositifs adaptés sont disponibles pour répondre aux besoins des diverses tâches que l’on souhaite robotiser, ce qui suppose des méthodologies de conception et un matériel adaptés.
L'objectif de cette thèse est ainsi de se concentrer sur les paradigmes de conception et le hardware, et plus spécifiquement sur la conception optimale de robots série utilisant une famille de « modules » standardisés dont l’agencement sera optimisé pour des familles de tâches données qui ne peuvent pas être accomplies par un robot industriel du marché. L’ambition de ce travail est de permettre de passer d’un catalogue donné de robots à la conception très rapide de solutions robotisées sur mesure.
Le candidat ou la candidate retenu(e) s'inscrira à l’Ecole Doctorale Mathématiques, STIC, de Nantes Université (ED-MASTIC) et sera accueilli(e) pendant trois ans au Service de Robotique Interactive du CEA-LIST à Palaiseau. Les professeurs Clément Gosselin (Laval) et Yannick Aoustin (Nantes) assureront l'encadrement académique de cette thèse qui sera co-encadrée par le Dr Farzam Ranjbaran du CEA-LIST.
Nous envisageons l’opportunité de poursuivre cette collaboration grâce à une bourse postdoctorale d’un an à laquelle le candidat pourrait candidater, une fois les prérequis du doctorat validés. Cette bourse serait hébergée au Centre de recherche en robotique, vision et intelligence artificielle (CeRVIM) de l’Université Laval, au Canada.
Intelligence Artificielle pour la Modélisation et l'Analyse Topographique des Puces Électroniques
L’inspection des surfaces de wafers est cruciale en microélectronique pour détecter les défauts affectant la qualité des puces. Les méthodes traditionnelles, basées sur des modèles physiques, sont limitées en précision et en temps de calcul. Cette thèse propose d’utiliser l’intelligence artificielle (IA) pour caractériser et modéliser la topographie des wafers, en exploitant des techniques d’interférométrie optique et des modèles avancés.
L’objectif est de développer des algorithmes d’IA capables de prédire les défauts topographiques (érosion, dishing) avec une haute précision, en s’appuyant sur des architectures comme les réseaux de neurones convolutifs (CNN), les modèles génératifs ou les approches hybrides. Les travaux incluront l’optimisation des modèles pour une inférence rapide et une généralisation robuste, tout en réduisant les coûts de fabrication.
Ce projet s’inscrit dans une démarche d’amélioration des procédés de microfabrication, avec des applications potentielles dans l’industrie des semi-conducteurs. Les résultats attendus contribueront à une meilleure compréhension des défauts de surface et à l’optimisation des processus de production.
Méthodes d’analyse innovantes des étapes critiques et des mécanismes limitants pour la formation des batteries
Le secteur de la fabrication des batteries en Europe connait aujourd'hui une forte expansion. La formation électrique, étape qui suit l'assemblage de la batterie jusqu'à sa livraison est peu étudiée dans les milieux universitaires alors qu’elle conditionne les performances des batteries (durée de vie, résistance interne, rebuts…). Pourtant c'est une étape essentielle du procédé qui est à la fois longue et couteuse (>30 % du coût de fabrication des cellules, 25 % du coût des équipements d'une Gigafactory) et qui gagnerait grandement à être optimisé.
Nous proposons d'étudier dans cette thèse la formation des batteries par des techniques complémentaires innovantes operando et non intrusives. L’objectif est d'identifier les mécanismes limitants de l’étape d’imprégnation des porosités des électrodes par l’électrolyte et de l’étape de 1ère charge de la batterie. Le candidat sera chargé de mettre en œuvre des méthodes expérimentales pour le suivi et l’étude de ces mécanismes. Il mettra en place une méthodologie et un protocole d’étude, combinant mesures électrochimiques et caractérisations physiques en fonctionnement et non intrusives. Il étudiera et optimisera le temps de formation et le contrôle qualité durant ses étapes.
Imagerie de contraste de phase différentiel à base de capteur d'image quad-pixel
La bioproduction de médicament est en plein essor et consiste à faire produire par des cellules les molécules d’intérêt. Pour cela, un suivit de la culture et de l’état des cellules est nécessaire. L’imagerie de phase quantitative par holographie est une méthode optique sans marquage qui a déjà démontré sa capacité à mesure la concentration et la viabilité des cellules cultivées. Toutefois l’implémentation de cette technique dans un bioréacteur se confronte à plusieurs difficultés liées à la forte concentration des cellules. Il est donc nécessaire de développer de nouvelles méthodes d’imagerie de phase quantitative comme l’imagerie par contraste de phase différentiel. L’objectif de la thèse est de développer cette technique avec l’utilisation d’un capteur d’image particulier dont un prototype a été réalisé au CEA-LETI. Le doctorant utilisera ce nouveau capteur et développera les algorithmes de reconstruction et de traitement d’images. Il identifiera également les points limitant du prototype actuel et définira les spécifications d’un second prototype qui sera réalisé au CEA-LETI. Enfin il se projettera dans la réalisation d’une sonde in-line, plongée dans le bioréacteur.
Développement d'un estimateur hybride CPU-GPU pour le transport neutronique : vers une simulation Monte Carlo plus efficace
Des jumeaux numériques intégrant des modèles de simulation Monte Carlo sont en développement pour la conception, l’exploitation et le démantèlement d’installations nucléaires. Ces jumeaux sont capables de prédire des grandeurs physiques telles que les flux de particules, les échauffements gamma/neutrons ou les débits d’équivalent de dose. Cependant, la méthode Monte Carlo présente un inconvénient majeur : un temps de calcul élevé pour obtenir une variance acceptable. Pour améliorer l’efficacité des simulations, l’estimateur eTLE a été développé et intégré au code Monte Carlo TRIPOLI-4®. Comparé à l’estimateur classique TLE (Track Length Estimator), l’eTLE offre une variance théorique plus faible, notamment dans les milieux fortement absorbants, en apportant des contributions au détecteur sans que la particule ne l’atteigne. Cependant, son coût computationnel reste encore élevé, surtout lorsqu’on souhaite évaluer plusieurs détecteurs.
Dans deux thèses récentes, deux variantes ont été développées pour surmonter cette limite. Le Forced Detection eTLE- (Guadagni, EPJ Plus 2021) utilise un échantillonnage préférentiel qui oriente les pseudo-particules vers le détecteur à chaque collision. Il est particulièrement efficace pour les petits détecteurs et les configurations avec blindages modérés, notamment pour les neutrons rapides. Le Split Exponential TLE (Hutinet & Antonsanti, EPJ Web 2024) repose sur une approche GPU asynchrone, externalisant le transport en ligne droite des particules sur processeur graphique. Grâce à un échantillonnage multiple, il maximise l’usage du GPU et permet une exploration plus efficace de l’espace des phases.
La thèse proposée vise à combiner ces deux approches dans un estimateur hybride nommé seTLE-DF. Ce nouvel estimateur pourra être utilisé soit directement, soit pour générer des cartes d’importance sans recourir à des calculs auxiliaires avec des codes déterministes. Sa mise en œuvre nécessitera des développements spécifiques sur GPU, notamment pour optimiser la bibliothèque géométrique et la gestion mémoire dans des géométries complexes.
Ce sujet s’inscrit dans le cadre de l’informatique verte, visant à réduire l’empreinte carbone du calcul haute-performance. Il repose sur une approche hybride CPU-GPU, évitant le portage complet du code Monte Carlo sur GPU. Des solutions telles que l’utilisation du format demi-précision seront envisagées et une évaluation de l’impact énergétique avant et après implémentation sera réalisée. Le futur docteur sera accueilli au sein de l'Institut IRESNE (CEA Cadarache). Il pourra acquérir des compétences solides en simulation neutronique, facilitant son intégration dans les grands organismes de recherche ou les entreprises du secteur nucléaire.
Concevoir des outils d’intelligence artificielle pour traquer le relâchement des produits de fission hors du combustible nucléaire.
Le Laboratoire d'Analyse de la MIgration des Radioéléments (LAMIR) au sein de l'Institut de REcherche sur les Systèmes Nucléaires (IRESNE) du CEA Cadarache a développé un ensemble de méthodes de mesure pour caractériser le relâchement des produits de fission hors du combustible nucléaire lors d'un transitoire thermique, dont en particulier un dispositif d'imagerie in situ operando. L'ensemble des données obtenues nécessite l'utilisation d'outils numériques de traitement prenant en compte les spécificités de l'instrumentation en milieu nucléaire et les informations recherchées sur les mécanismes physiques.
L'objectif de la thèse sera de développer une approche optimisée du traitement de ces données en s'appuyant sur l'état de l'art des méthodes d'Intelligence Artificielle (IA).
Dans un premier temps, le travail se focalisera sur le traitement des images acquises pendant la séquence thermique pour détecter les mouvements de matière. On cherchera un dispositif de traitement optimal au sens d’un critère numérique choisi rigoureusement.
Dans un second temps, cette approche sera généralisée à l'ensemble des mesures expérimentales obtenues lors d'une séquence thermique. Idéalement, on vise à obtenir un outil qui puisse aider au diagnostic en temps réel d'une expérience.
La thèse sera menée dans un cadre collaboratif entre le LAMIR qui possède une expérience reconnue pour ce qui est de l'analyse du comportement du combustible nucléaire et l'imagerie des phénomènes liés à ces analyses et l’Institut Fresnel de Marseille qui a développé une solide expérience en matière d'analyses d'images et d'IA. Ce cadre multidisciplinaire permettra au doctorant d’évoluer dans un environnement scientifique stimulant et lui permettra de valoriser ses travaux de recherche, en France comme à l’étranger lors de conférences et de publications dans des revues à comités de lecture.
Développement d’un dosimètre basé sur la capture de xénon dans une zéolithe
La dosimétrie en réacteur permet de caractériser le spectre neutronique et déterminer la fluence neutronique reçue pendant une irradiation pour le suivi de la fragilisation des matériaux. Cette technique s’appuie sur l’analyse de la radioactivité de dosimètres irradiés, constitués de métaux purs ou d’alliages de compositions connues dont certains isotopes sont l’objet de réactions d’activation ou de fission.
Il existe de nombreux dosimètres répondant en-dessous de 1 keV ou au-dessus de 2 MeV, quelques-uns entre 1 MeV et 2 MeV, mais le Zr est le seul adapté au domaine énergétique compris entre 1 keV et 1 MeV. En outre, peu de dosimètres répondent avec un seuil proche de 1 MeV.
Dans ce contexte, le Xe présente non seulement une réaction intéressante déjà identifiée entre 1 keV et 1 MeV, mais dispose aussi de deux réactions proches de 1 MeV produisant deux fils ayant des périodes d’une dizaine de jours bien adaptées au cycle d’irradiation du prochain réacteur expérimental à fort flux du CEA, le réacteur Jules Horowitz (RJH).
L’idée maitresse de ce sujet de thèse serait d’utiliser des matériaux adsorbants pour fixer une masse suffisante de Xe dans un volume réduit. Des zéolithes commerciales peuvent à présent piéger jusqu’à 30% en masse de Xe lorsque soumises à seulement 1 bar de Xe à température ambiante.
La thèse consistera à réaliser un dosimètre de Xe piégé sur une zéolithe au CNRS MADIREL (déplacements fréquents à prévoir sur le campus Saint Jérôme à Marseille durant la 1ère année) et une chambre gonflée au Xe via la fabrication sur les ateliers de notre laboratoire. L’irradiation conjointe d’un dosimètre et d’une chambre dans un réacteur tel que CABRI à Cadarache permettra d’évaluer les facteurs d’auto-absorption par la zéolithe des raies gamma émises par les isotopes d’intérêt, vérifier leur mesurabilité par la plate-forme MADERE de notre laboratoire, ainsi que le vieillissement des zéolithes sous forte irradiation neutronique. Le dosimètre sera ensuite testé à plus haut flux, par exemple dans le TRIGA du JSI (déplacement d’une semaine à prévoir en Slovénie), via la collaboration CEA-JSI ininterrompue depuis 2008, afin de qualifier ce dosimètre pour le RJH.
Fort de l’acquisition de compétences dans le domaine de la mesure nucléaire, le futur docteur pourra préparer son intégration professionnelle dans les grands organismes de recherche français et étrangers ou dans des entreprises du nucléaire.