Synthèse Combinatoire de Spinelles comme barrière à l'Hydrogène dans les Aciers
La couche d’oxyde croissant naturellement sur les aciers constitue une barrière ‘naturelle’ à l’entrée ou à la désorption d’hydrogène : pour le stockage et le transport de H2, l’effet barrière est bénéfique car il réduit les risques de fragilisation par l’hydrogène du métal sous-jacent ; pour les électrolyseurs, il permettrait de réduire les pertes en ligne par perméation (fuite) à travers les conduits en limitant la désorption ; dans les applications nucléaire de type fusion, ils formeraient une barrière radiologique pour le tritium. Or les valeurs des paramètres {diffusion ; solubilité ; perméabilité} pour l’hydrogène dans les nombreuses compositions et structures d’oxydes possibles, nécessaire pour quantifier cet effet barrière, sont quasi-inexistantes dans la littérature. L’objectif principal de la thèse sera de générer rapidement une base de données fiable sur un grand nombre de compositions et microstructures d’oxydes de fer. Le/la doctorant/e combinera des méthodes de synthèse et de screening rapides (synthèse combinatoire d’oxydes à base Fer de structures et compositions variables par HiPIMS, contrôle in situ et optimisation par IA, à consolider) à des techniques de caractérisation locales de la distribution d’hydrogène (SIMS, nanoSIMS) via l’usage de traceurs isotopiques (deutérium) après exposition gazeuse dans un dispositif maison. Les profils de concentration seront traités via une routine développée (Python) par le/la doctorant.e, prenant en compte la dualité composition chimique et microstructure des oxydes. L’attendu final est une cartographie ‘3D’ des paramètres de transport de l’hydrogène dans des quaternaires {Fe, O, Métal1, Métal2} incluant la notion de microstructure de l’oxyde. La démarche pourra être appliquée à d’autres systèmes, voire orientée vers la recherche de compositions de revêtements optimisées.
Méthode de simulation d’écoulements compressibles par des méthodes de discrétisation décalées
Les codes de thermohydraulique nécessitent des méthodes numériques robustes et précises, capables de traiter des écoulements multiphasiques couvrant une large gamme de nombres de Mach. Dans ce contexte, les méthodes sur maillage décalé offrent un cadre particulièrement intéressant. Cette thèse s’inscrit dans la continuité de travaux récents menés dans le cadre d’une thèse précédente, qui ont conduit au développement d’une nouvelle méthode présentant des propriétés théoriques et numériques prometteuses. L’objectif est de poursuivre ces travaux et d’en étendre le champ d’application. Une première partie sera consacrée à l’étude théorique de la version explicite du schéma appliqué au modèle de mélange à dérive, afin d’établir ses propriétés de conservation, son comportement dans la limite des faibles nombres de Mach et la convergence des solutions numériques. La méthode sera ensuite étendue au modèle diphasique de Baer-Nunziato, dans lequel les deux phases possèdent des vitesses et des pressions distinctes. Enfin, des techniques de reconstruction d’ordre élevé seront étudiées afin d’améliorer la précision du schéma en réduisant la dissipation numérique. Les résultats attendus sont une meilleure compréhension mathématique de ces schémas et le développement de méthodes numériques robustes et précises adaptées à un usage industriel. Ces méthodes seront tout d’abord validées dans un code de recherche en C++ et Python, puis intégrées et évaluées dans la plateforme open source TRUST dédiée aux simulations thermohydrauliques haute performance.
Génération de structures de blocs courbes à dominante hexaédrique à l'aide d'objets médians
La génération automatique de maillages hexaédriques structurés par blocs est un problème difficile, résolu en pratique par l'utilisation de logiciels interactifs dédiés, tels que Magix3D développé et maintenu au CEA DAM. A l'aide de tels logiciels, un ingénieur spécialiste pourra passer plusieurs jours pour créer le maillage souhaité.
L'objectif de cette thèse est d'aider cet ingénieur à esquisser rapidement de premières structure de blocs à dominante hexaédrique en s'appuyant sur l'objet médian du domaine géométrique 3D à discrétiser. En considérant des domaines géométriques de type CAO, représentés par leurs bords, l'object médian apporte de nombreuses informations volumiques intrinsèques aux domaines, qui permettront de guider l'ingénieur dans la création de blocs hexaédriques individuellement.
L'objectif de cette thèse est double: tout d'abord, il faudra proposer une méthode efficace de génération d'objects médians 3D ; puis développer un algorithme et un outil interactif associé pour créer des structures de blocs à dominante hexaédrique.
Génération incrémentale de polycubes pilotée par la qualité géométrique
Le travail de thèse proposé consiste à concevoir et développer un nouvel algorithme de génération de maillages hexaédriques structurés par blocs en se plaçant dans le cadre des méthodes de type "Polycube". Usuellement, ces méthodes déforment un domaine géométrique à discrétiser G en un polycube P, c'est-à-dire un polyèdre dont toutes les faces sont orthogonales à l'un des axes X, Y ou Z. Ce polyèdre est aisé à discrétiser à l'aide d'un maillage hexaédrique, qui sera transporté par la déformation inverse pour discrétiser G.
Contrairement aux approches traditionnelles, basé sur la construction de la fonction de déformation, nous privilégions la fonction inverse en considérant comme entrée le couple (géométrie G, polycube P). Notre objectif est de calculer la fonction inverse F transformant P en G, et selon les propriétés de F, modifier P afin de fournir un "meilleur" maillage de G d'un point de vue géométrique.
Investigation des Modes de Dégradation des modules PV pour les applications en Moyenne Tension
Afin de réduire les pertes énergétiques et les coûts, les centrales photovoltaïques ont vu leur niveau de tension augmenter, qui devrait dépasser les 1500 Vdc normatifs pour atteindre jusqu’à 3000 Vdc prochainement. Des tensions encore plus élevées, jusqu'à 9000 V, pourraient offrir des avantages économiques très significatifs.
L'augmentation de la tension pose des défis scientifiques majeurs car elle se retrouve à l’intérieur de certains modules PV entre le cadre métallique et les cellules. Cela entraîne des dégradations regroupées sous le terme de Potential-Induced Degradation (PID), entraînant des pertes de puissance significatives. Ces dégradations peuvent avoir plusieurs origines : un court-circuit de la jonction PN (PID-s), une dépolarisation de la couche de passivation de la cellule solaire (PID-p) ou une corrosion de la métallisation (PID-c). La compréhension des phénomènes de PID à tension moyenne reste limitée, et il manque des études complètes sur les matériaux des modules, l'interaction entre PID et vieillissement, ainsi que le comportement du PID dans des technologies de cellules avancées.
La thèse proposée vise à identifier les propriétés des matériaux nécessaires pour que les modules PV puissent supporter des tensions élevées, en combinant approche expérimentale et simulation.
Le doctorant devra caractériser les matériaux PV (verres, encapsulants) sous des tensions allant jusqu’à 9000 V, évaluer l'impact du vieillissement sur les propriétés de ces matériaux, étudier l'influence des conditions environnementales sur le PID, modéliser la distribution du champ électrique dans les modules PV, et développer des stratégies de mitigation du PID. Cette recherche sera réalisée en collaboration entre le G2Elab et le CEA, combinant expertise en caractérisation des matériaux sous moyenne tension et fabrication des modules photovoltaïques.
Vers des protocoles efficaces et authentifiés pour l'intersection privée d'ensembles dans des environnements multi-clouds
L'Intersection d'Ensembles Privée (PSI) est un protocole cryptographique qui permet à deux (ou plusieurs) parties, détenant chacune un ensemble d'éléments, de calculer l'intersection de leurs ensembles sans révéler aucun élément en dehors de cette intersection. Autrement dit, chaque partie apprend uniquement quels éléments elles ont en commun, et rien d'autre concernant les données de l'autre partie. Par exemple, deux entreprises pourraient collaborer pour découvrir quels clients elles partagent en commun sans divulguer les clients qui sont propres à une seule entreprise. Le PSI est un cas particulier du calcul multipartite sécurisé qui se concentre sur le chevauchement d'ensembles; il a des applications dans la découverte de contacts privés (comme pour Signal ou Whatsapp ou durant le Covid), l'exploration de données respectueuse de la vie privée... Dans cette thèse, nous étudions les améliorations du PSI avec le chiffrement entièrement homomorphe.
Monitoring in situ du vieillissement des circuits amplificateurs de puissance RF pour une écoconception et une durée de vie étendue
L'industrie des semi-conducteurs, et en particulier celle des circuits radiofréquences (RF), fait face à des défis critiques liés à l'écoconception et à l'éco-innovation. Ces enjeux incluent la nécessité de prolonger la durée de vie des circuits tout en répondant aux attentes des marchés émergents tels que la 5G et la future 6G. Parmi ces circuits, les amplificateurs de puissance (PA) occupent une place centrale, étant à la fois des composants critiques en termes de performance énergétique et des cibles privilégiées pour l'amélioration de leur robustesse face au vieillissement et à leur éventuelle réutilisation.
Le monitoring in situ du vieillissement des PA représente une voie prometteuse pour développer des solutions à la fois innovantes et durables. A ce titre, ce sujet s'inscrit pleinement dans les stratégies d'écoconception en exploitant des plateformes technologiques avancées telles que les technologies CMOS SOI actuelles et futures, tout en intégrant les contraintes industrielles à travers des collaborations stratégiques existantes avec des partenaires majeurs du CEA Leti.
Cette thèse vise à concevoir une solution innovante de monitoring in situ pour évaluer et compenser le vieillissement des amplificateurs de puissance, prolongeant ainsi leur durée de vie grâce à des stratégies de réutilisation et d’autocorrection. Pour ce faire, elle reposera sur des méthodologies et des circuits adaptés à des cas concrets. Ainsi, l’ambition sera de développer une nouvelle génération de circuits robustes et durables, intégrant des mécanismes intelligents de gestion du vieillissement. En adoptant une approche d’écoconception, ce travail aura pour but de répondre aux défis environnementaux tout en renforçant la compétitivité industrielle des technologies CMOS SOI.
Etude de l’effet des vibrations sur le diagnostic des câbles électrique par réflectométrie
Cette thèse porte sur l’étude de l’effet des vibrations sur le diagnostic des câbles électriques par réflectométrie. Les systèmes câblés, présents dans de nombreuses infrastructures critiques telles que l’aéronautique, le ferroviaire, le spatial ou le nucléaire, sont soumis à des contraintes mécaniques et environnementales susceptibles de provoquer des défauts non francs et intermittents. Sous l’effet des vibrations, ces défauts peuvent apparaître, disparaître ou modifier leur signature électrique, ce qui rend leur détection particulièrement complexe.
L’un des enjeux majeurs concerne les situations de type No Fault Found, dans lesquelles un défaut observé en fonctionnement devient non reproductible lorsque les conditions vibratoires disparaissent. Un autre enjeu important est le masquage temporaire de certains défauts par les vibrations, pouvant conduire à des faux négatifs lors du diagnostic et retarder la détection d’une dégradation latente.
L’objectif de la thèse est de mieux comprendre et modéliser le comportement électromécanique des défauts de câbles soumis à des sollicitations vibratoires, afin de relier les profils de vibration, l’évolution mécanique et électrique du défaut, ainsi que les signatures mesurées par réflectométrie. Le travail reposera sur des expérimentations couplant réflectométrie rapide et caméra haute vitesse, ainsi que sur le développement de modèles et d’outils d’analyse. Les données expérimentales et simulées seront ensuite exploitées afin d’améliorer la détection, la caractérisation et la prédiction de l’évolution des défauts, dans une perspective de diagnostic avancé et de maintenance prédictive.
Nouvelles stratégie pour l'optimisation de modèles thermodynamiques prédictifs
Les modèles thermodynamiques prédictifs, développés par la méthode Calphad, sont essentiels pour concevoir de nouveaux matériaux en anticipant leur comportement sans recourir à des expériences coûteuses et longues. Ces modèles permettent d'extrapoler les propriétés de matériaux complexes, de prévoir leur comportement dans des environnements extrêmes et de lier les propriétés énergétiques aux performances en service. Cependant, les méthodes actuelles de développement de ces modèles sont complexes et les incertitudes ne sont pas quantifiées avec les logiciels existants. Les scientifiques doivent encore s'appuyer sur leur expertise pour ajuster et valider ces modèles, ce qui est chronophage et peu adapté à l'ère de l'automatisation.
Pour remédier à cela, il est proposé de développer un outil numérique fiable, autonome et rapide, capable d'optimiser les modèles thermodynamiques en se basant uniquement sur des données expérimentales fournies par les utilisateurs. L'objectif est de fournir des modèles simples, fiables, validés et modulaires, permettant aux utilisateurs de prendre des décisions stratégiques en toute confiance, comme évaluer de nouvelles conditions de procédé ou optimiser la fabrication sans risquer des extrapolations incertaines. Ce projet vise à combler le fossé entre les données expérimentales spécifiques et les méthodes modernes de programmation non linéaire, en utilisant des approches d'optimisation avancées.
Etude du comportement en fatigue à très grand nombre de cycles de l’acier inoxydable martensitique 13-4 élaboré par Laser Metal Deposition : influence de la microstructure, des post-traitements et de la température
Les recherches récentes sur l’acier inoxydable martensitique 13-4 fabriqué par impression 3D métallique, notamment par le procédé Laser Metal Deposition (LMD), ont permis d’obtenir des matériaux présentant de bonnes propriétés mécaniques. Après cette phase d’optimisation, les travaux se concentrent désormais sur l’étude de leur comportement en fatigue à très grand nombre de cycles (VHCF), un critère essentiel pour les pièces soumises à des sollicitations répétées en conditions sévères.
La fatigue est l’une des principales causes de rupture des composants métalliques en service. Cette thèse vise donc à comprendre et modéliser le comportement en fatigue de l’acier 13-4 élaboré par LMD. Les travaux menés viseront à étudier l’influence de la microstructure, des traitements thermomécaniques et des conditions d’essais sur l’initiation et la propagation des fissures au cours des sollicitations mécaniques.
Les essais expérimentaux seront réalisés à l’aide de dispositifs de fatigue ultrasonique. Les mécanismes de rupture seront analysés grâce à des techniques de caractérisation multi-échelles comme l’EBSD, le MEB et le TEM. L’objectif final est de développer un modèle prédictif capable de prédire la durée de vie des composants en conditions de fonctionnement.