Interactions en langage naturel pour la détection d'anomalies dans des séries temporelles mono et multivariées en utilisant des modèles de langage fondateurs (fondation models) et la génération augmentée par indexation-plongement-récupération (RAG))
La détection d'anomalies dans les séries temporelles mono et multivariées dépend fortement du contexte de la tâche. Les approches de l'état de l'art reposent généralement sur deux méthodes principales : premièrement, une acquisition extensive de données est réalisée pour entraîner des modèles d'intelligence artificielle tels que les auto-encodeurs, capables d'apprendre des représentations latentes utiles pour isoler l'anormalité dans les comportements attendus du système; une seconde approche consiste en la construction minutieuse de caractéristiques basée sur une approche associant un expert intelligence artificielle et un expert du domaine pour isoler les anomalies en utilisant des exemples limités. Une analyse approfondie de la littérature montre que le terme de détection d'anomalies repose sur une définition ambiguë, car un motif donné dans une série temporelle peut apparaître comme normal ou anormal selon le domaine d'application et le contexte immédiat de la série observée. Les modèles de fondation (fondation models) et la génération augmentée par indexation-plongement-récupération (Retrieval Augmented Generation) ont le potentiel de modifier substantiellement les approches de détection d'anomalies. L'idée est qu'un expert du domaine, à travers des interactions en langage naturel, pourrait être en mesure de spécifier la normalité et/ou l'anormalité du comportement du système, et une indexation conjointe de la littérature de l'état de l'art et du plongement de des séries temporelles dans un espace euclidien réduit pourrait guider cet expert du domaine à définir un algorithme de détection d'anomalies fonctionnel.
Conception d’un nouveau microscope light-sheet pour le suivi temporel d’organoïdes sur puce
Nous proposons dans cette thèse de développer un système de microscopie de fluorescence light-sheet pour caractériser optiquement des organoïdes en 3D et en carte microfluidique. La thèse se concentrera sur la mise au point d’un light-sheet miniaturisé et multi longueur d’onde, qui marche directement dans un incubateur cellulaire et qui pourra être utilisé pour la visualisation et le suivi morphologique/fonctionnel d’objets 3D optiquement complexes et diffusants. Le début du travail sera de bien comprendre l’impact de la miniaturisation sur la mise en forme du faisceau d’excitation à différentes longueurs d’onde et sur la qualité des images. Ensuite, la mise en forme du faisceau d’excitation pour aller le plus profondément possible dans l’échantillon biologique d’intérêt sera évaluée. Le système sera ensuite caractérisé en incubateur pour le suivi temporel des organoïdes sur puce et la caractérisation du système biologique vivant. Nous nous concentrerons principalement sur deux échantillons : des organoïdes pancréatiques en puce microfluidique et des organoïdes de cerveau en 3D. L’objectif sera de réaliser une imagerie pour permettre, en collaboration avec les biologistes, un suivi temporel de marqueurs spécifiques en fluorescence directement dans un incubateur cellulaire. Ce travail nous permettra de proposer des pistes d’intégration de fonctions optiques à l’intérieur d’une carte microfluidique pour le suivi 3D morphologique et fonctionnelle d’organoïdes sur puces.
Bulles de Taylor : expériences et modélisation
Cette thèse de doctorat porte sur les phénomènes à micro-échelle qui se produisent dans la région proche de la paroi lors du mouvement d'une bulle dans un tube capillaire (typiquement connu sous le nom de bulle de Taylor). Il s'agit de bulles de vapeur allongées ayant la forme d'une balle qui se forment dans les échangeurs de chaleur compacts utilisés dans de diverses applications industrielles telles que le refroidissement de l'électronique et les générateurs de vapeur des réacteurs nucléaires. Les phénomènes associés comprennent la dynamique du mouillage, la formation de couches de liquide d'épaisseur micrométrique et le transfert de chaleur. Le doctorant mènera une étude expérimentale au STMF/CEA (Paris-Saclay, France) en collaboration avec le SPEC/CEA en utilisant des diagnostics optiques avancés pour évaluer ces phénomènes, en particulier le profil de la couche liquide. L'étudiant utilisera les données expérimentales pour valider une approche numérique en partenariat avec l'Université de Nottingham (Royaume-Uni) en utilisant le logiciel libre OpenFOAM.
Etude expérimentale et modélisation physique d’un écoulement dans des tuyaux inclinés et de la trajectoire des jets d’eau sortants
Les circuits thermohydrauliques présents dans l’industrie nucléaire sont constitués par un réseau complexe de tuyaux horizontaux, verticaux ou inclinés.
En particulier, dans les réacteurs nucléaires, les tuyaux d’injection de sureté (IS) sont connectés au circuit primaire et destinés à y injecter l’eau froide en situation accidentelle avec différentes configurations et inclinaisons, selon le type de réacteur. L’écoulement dans le tuyau de l’IS et dans les tuyaux du circuit primaire, ainsi que l’efficacité du refroidissement du réacteur sont influencés par ces différentes configurations. La caractérisation de l’écoulement dans ces tuyaux est donc cruciale.
L’objectif de cette thèse est donc d’acquérir des nouvelles données expérimentales pour caractériser l’écoulement eau-air dans un tuyau incliné et la trajectoire du jet sortant, à pression atmosphérique. Les données expérimentales obtenues seront exploitées pour développer et/ou améliorer la modélisation des écoulements dans les tuyaux inclinés.
Cette thèse devra apporter les contributions suivantes :
• Mise en place de l'expérience et des méthodes de mesure ;
• Acquisition des données expérimentales pour différentes géométries de la section d’essais (ronde vs carré), diamètre du tuyau, rugosité, inclinaison, densité/viscosité du fluide et débit ;
• Développement des modèles physiques pour caractériser l’écoulement dans un tuyau incliné, notamment le remplissage (liquid hold-up) et la longueur de détachement ;
• Développement d’une formulation mathématique pour prédire la trajectoire du jet sortant;
• Etude de l’impact de la stratification dans le tuyau IS sur le modèle de condensation au jet de Cocci et al. ;
• Eventuellement, simulation de l’expérience avec un code CFD (ex. NEPTUNE-CFD) pour étendre la validation du code et identifier potentielles améliorations.
Etude de la catalyse de l’acide nitrique sur les aciers inoxydables
Le vieillissement des matériaux (principalement des aciers inoxydables) de l’usine de retraitement des combustibles nucléaires usés fait l’objet d’une importante activité de R & D au CEA. Le contrôle de ce vieillissement sera réalisé par une meilleure compréhension des mécanismes de corrosion des aciers inoxydables en acide nitrique (l'agent oxydant utilisé dans les étapes de retraitement).
L'objectif de la thèse est de développer un modèle de corrosion d’un acier inoxydable en fonction de la température et de la concentration en HNO3 via la quantification des produits de corrosion. Cette thèse représente un réel challenge technologique car actuellement peu d’études existent sur des mesures électrochimiques in situ dans l’acide nitrique chaud et concentré. Le doctorant réalisera également un travail expérimental important en couplant des mesures électrochimiques, des analyses chimiques (spectrométrie UV-visible-IR ...) et des analyses de surfaces (SEM, XPS,…). Sur la base de ces résultats expérimentaux, un modèle sera développé, qui sera incorporé à l'avenir dans un modèle plus global du vieillissement des équipements industriels de l'usine.
Le laboratoire est spécialisé dans l'étude de la corrosion dans des conditions extrêmes. Il est composé d'une équipe scientifique très dynamique et motivée qui a l'habitude de recevoir des étudiants.
Conception et réalisation d’un détecteur neutronique optique fonctionnant à haute température. Application à un programme expérimental dans le réacteur JOYO
Dans le cadre du développement des réacteurs rapides de quatrième génération à caloporteur sodium, le Laboratoire de Dosimétrie, Capteurs et Instrumentation du CEA/IRESNE Cadarache travaille sur des systèmes de mesure neutronique innovants capable de résister à des températures de l’ordre de 600°C et insensibles aux phénomènes parasites qui apparaissent à ces régimes. Récemment, un nouveau type de détecteur de neutrons à signal optique (DNO) a été développé au laboratoire. Malgré une interprétation des signaux plus complexe, ce dispositif a l’avantage d’être miniaturisable et n’est intrinsèquement pas soumis aux problèmes de décharges partielles et de courant de fuite qui apparaissent sur les chambres à ionisation en température.
On propose de poursuivre le développement théorique et expérimental des DNO pour les adapter à la haute température. Pour cela, le doctorant développera un modèle pour simuler de la réponse du détecteur. Le doctorant travaillera sur les sections efficaces d’interaction ion lourd-gaz de remplissage ainsi que sur un modèle collisionnel radiatif pour prédire les spectres d’émissions et leur dynamique temporelle. Une partie du travail consistera à dimensionner un détecteur prototype et à le tester à haute température au sein du réacteur TRIGA du JSI. In fine, la qualification du détecteur fera partie d’un programme d’essais dans le réacteur de recherche JOYO prévu à partir de 2026.
Effet de la substitution sur les propriétés ferroélectriques et photocatalytiques de nanoparticules de titanate de barium
Dans le cadre de la transition énergétique, la production d’hydrogène à partir de l’énergie solaire apparait comme un moyen de stockage puis de production d’énergie extrêmement prometteur. La photoélectrolyse de l’eau, pour se développer à grande échelle, a besoin de matériaux à haut rendement catalytique. Parmi les candidats envisagés, les matériaux dérivés des titanates de barium apparaissent prometteurs car leurs propriétés ferro- et piezoélectriques pourraient augmenter leur effet photocatalytique. Nous proposons donc dans ce sujet, mené en collaboration entre le LEEL du CEA et le SPMS de Centrale – Supelec, de synthétiser des nanoparticules de BaTiO3 par spray pyrolyse en flamme en opérant des substitutions sur Ba et O afin d’étudier l’effet de ces modifications sur les propriétés ferroélectriques du matériau. L’ajout d’inclusions de métaux nobles en surface des particules, susceptibles d’améliorer la catalyse, sera également réalisée lors de la synthèse de ces dernières. Enfin, des tests de photocatalyse et de piezocatalyse permettront d’établir les liens entre les phénomènes ferroélectriques et catalytiques dans cette famille de matériaux.
Investigation expérimentale, modélisation et impact de propriétés thermophysiques du corium en situation d’accident grave d'un réacteur nucléaire
Dans un réacteur nucléaire, certains scénarios peuvent amener à des conditions extrêmes dites d’accidents graves avec fusion thermique du cœur. Dans ce cas, un mélange multiphasique, appelé "corium" à base de combustible nucléaire et de métaux fondus, va se former à haute température (>2000°C), tel que dans les réacteurs de Tchernobyl en 1986 et de Fukushima-Daiichi en 2011. La connaissance des propriétés thermophysiques du corium reste à ce jour limitée à cause du domaine des très hautes températures, du caractère multiphasique (solides, liquides, gaz) et de la multiplicité des compositions de corium. La connaissance de ces propriétés reste un enjeu fondamental pour les évaluations pour la sûreté nucléaire des réacteurs. La connaissance actuelle limitée conduit à un manque de robustesse de ces évaluations.
Pour répondre à ces enjeux scientifiques fondamentaux, le CEA développe depuis plusieurs années trois axes de recherche :
• un premier volet expérimental de mesure des propriétés thermophysiques -notamment masse volumique, tension de surface, et viscosité- des corium
• un deuxième volet de modélisation paramétrique des propriétés thermophysiques mesurées,
• un troisième volet de modélisation aux petites échelles par dynamique moléculaire.
Une première thèse a permis de développer un dispositif expérimental original sur l’installation VITI de la plateforme accidents graves PLINIUS de l’institut IRESNE, opérée par le laboratoire LEAG à Cadarache, capable de mesurer la tension de surface de corium jusqu’à des températures de l’ordre de 2700°C en utilisant la technique de MBP (Maximum Bubble Pressure). Dans une approche complémentaire, une thèse a permis de développer l’installation ATTILHA de l’institut ISAS opérée par le laboratoire LM2T à Saclay, permettant d’accéder à des mesures précises de masse volumique à haute température (> 2000°C). Finalement, une thèse en cours au laboratoire LMAG de l’institut IRESNE à Cadarache portant sur la modélisation de la tension interfaciale du corium par approche Calphad et formalisme de Butler a mené à l’obtention de premiers résultats sur certaines compositions représentatives de corium en cuve.
Dans la continuité des travaux proposés ci-dessus, les laboratoires LEAG, LMAG et LM2T proposent conjointement une thèse qui ambitionne d’élargir la base de données expérimentale en s’appuyant sur la démarche suivante :
• Le premier volet inclut l’extension des essais de caractérisation à une grille (composition, température) élargie pour différents coriums d’intérêts. Le doctorant devra réaliser ces mesures de propriétés d’échantillons uranifères grâce à l’instrumentation de pointe implémentée sur les expériences VITI et ATTILHA. Il s’agira également d’aider à l’interprétation des essais par l’amélioration des outils de méthode inverse existants.
• Le second volet porte sur la modélisation de ces propriétés thermophysiques, afin d’explorer de manière plus complète la (vaste) grille (composition, température), qui restera pour partie inaccessible à la mesure, du fait de la difficulté de celle-ci en conditions extrêmes. Le travail du doctorant portera sur l’amélioration des outils ad hoc existants, basés notamment sur l’approche Calphad.
• Le dernier volet intègre les considérations à l’échelle système, où le doctorant appliquera des calculs réacteurs à des scénarios accidents graves, via l’outil PROCOR permettant d’évaluer la sensibilité du déroulement de l’accident aux nouvelles corrélations obtenues pour les propriétés thermophysiques d’intérêt.
CONCEPTION D’UN DETECTEUR PIXELISE MONOLITHIQUE A DEBIT ADAPTATIF POUR LA PHYSIQUE DES PARTICULES
Dans les expériences de physique des hautes énergies actuelles et futures (jouvence des grands détecteurs auprès du LHC et expériences sur les futurs collisionneurs), la granularité des détecteurs de particules continue d’augmenter et l’utilisation de circuits intégrés submicroniques multicanaux est devenue un standard.
Cette granularité a été particulièrement poussée dans le domaine des détecteurs de traces pixelisés en technologie “Monolithic Active Pixel Sensor” (MAPS) où la taille des pixels peut être de seulement 10 x 10 µm2. Ces petits pixels permettent d’atteindre des résolutions spatiales record ou d'améliorer grandement la résistance aux radiations du détecteur de trace, au prix d’une très grande quantité des données produite. Cette grande quantité de données est acceptable là où la résolution spatiale doit être maximale mais peut être rédhibitoire quand cela n’est pas nécessaire ou que les contraintes d’espace et de consommation imposent de limiter le nombre de liens rapides de lecture.
Chaque expérience nécessite donc à chaque fois de redéfinir le couple taille de pixel - architecture de l’électronique de lecture intégrée au détecteur pour s’ajuster aux exigences de taux d’occupation de chaque expérience de physique et des possibilités de relecture des détecteurs.
Une innovation majeure dans le développement des détecteurs pixélisés pour la physique des particules est de décorréler la matrice de détection de pixels du débit des données envoyées.
Au sein d’une équipe développant des MAPS depuis 1999, l’objectif pour la thèse est d’étudier dans un premier temps l’architecture existante des détecteurs de traces afin d’en comprendre les limitations en termes notamment de tenue aux radiations. Dans un deuxième temps, la thèse se focalisera sur les options de regroupement d’information, d’évaluer selon ces options l’impact sur la réduction de données mais aussi sur la perte d’information induite.
Cette réflexion sera soutenue par la conception de l'architecture d’un système sur puce incluant l'optimisation d’une matrice de pixels et le traitement numérique, validant dans un circuit intégré le travail réalisé.
Pour ce faire, cette thèse visera spécifiquement une des grandes expériences au Centre Européen pour la Recherche Nucléaire (CERN) : le détecteur « Upstream Tracker » pour l’Expérience du LHC sur le quark beauté (LHCb).
Analyse in situ par spectroscopie RMN MAS de batteries Li-ion
La résonance magnétique nucléaire à l'état solide (ssNMR) in situ est un outil de caractérisation précieux pour comprendre les réactions électrochimiques lors du fonctionnement d'une batterie. Cependant, les larges signaux obtenus en condition statique empêchent souvent d'exploiter totalement le potentiel de la caractérisation par RMN. Des expériences ssNMR ex situ, utilisant la rotation d'échantillon à angle magique (MAS), sont souvent nécessaires pour interpréter les données in situ. Comme pour toutes les caractérisations ex situ, les analyses ne représentent pas toujours fidèlement les processus électrochimiques en raison d'artefacts indésirables provenant du démontage de la cellule et de la séparation des électrodes. Par conséquent, le développement de la RMN in situ a été limité. Dans cette thèse l’étudiant s'attaquera à cette limitation en développant une cellule électrochimique RMN in situ permettant l'acquisition de données ssNMR à haute résolution avec la technique MAS, et permettant également une nouvelle méthode de spectroscopie ssNMR résolue dans l'espace. La combinaison de mesures in situ, de la technique MAS et de la spectroscopie localisée permettra de disposer d'un outil RMN unique pour approfondir les connaissances fondamentales de la chimie des batteries. Le doctorant mettra en évidence les atouts de l’outil développé en étudiant des phénomènes tels que les interfaces et la formation de dendrites dans des batteries Li-ion en fonctionnement.