Modélisation multi-échelle du maclage dans l’étain
Le maclage est un mécanisme de déformation displacif, caractérisé par une déformation continue de la matière. Bien que largement étudié pour d’autres matériaux industriels comme les alliages de titane, ce mécanisme de plasticité reste peu connu et modélisé de manière incomplète pour des structures cristallographiques complexes. Pourtant, du fait du nombre réduit de symétries de ces structures, le glissement de dislocations s’avère insuffisant pour accommoder la déformation selon certaines directions de chargement, nécessitant l’activation du maclage. C'est le cas pour l'étain, qui possède une structure tétragonale. En particulier, le maclage contribue fortement à la réponse mécanique de l'étain aux forts taux de déformations et aux faibles températures. Dans les régimes intermédiaires de température et de taux de déformation, une compétition entre plasticité par dislocations et par maclage peut s’installer, rendant cruciale la description du couplage entre ces deux phénomènes. En proposer une meilleure description permettra d’apporter un nouvel éclairage sur les données expérimentales disponibles au CEA DAM. L'objectif de la thèse est de dérouler une démarche multiéchelle, de la dynamique moléculaire jusqu'à l'échelle du milieu continu, validée sur l'expérience, pour aboutir à un modèle permettant la description du comportement de l'étain sur une large gamme de températures et de taux de déformation.
Développement d'hydrogels injectables adhésifs pour le traitement des déchirures rétiniennes
Les déchirures rétiniennes entrainant le décollement de la rétine constituent une affection oculaire grave (20 à 25 cas pour 100 000 habitants en France chaque année), nécessitant une intervention chirurgicale urgente. Les traitements actuels consistent à retirer le vitré, injecter un gaz comme agent de tamponnement, et à sceller les déchirures au laser. Cependant, cette méthode présente des restrictions pour le patient (position allongée prolongée) et peut entrainer des complications (cataractes). Des hydrogels injectables sont étudiés comme alternatives aux agents de tamponnement, mais ils ne possèdent pas de propriétés adhésives pour suturer les déchirures, et un traitement au laser reste nécessaire. Des colles chirurgicales ont également été testées, mais les adhésifs à base de cyanoacrylate sont toxiques, ceux à base de fibrine sont difficiles à utiliser dans l’œil, et les matériaux à base d’acide hyaluronique (HA) actuels manquent de stabilité et d’adhésivité.
Ce projet de thèse vise à développer un hydrogel à base de HA stérile et injectable, doté de fortes propriétés adhésives pour sceller les déchirures rétiniennes. Les propriétés visées pour l’hydrogel incluent la biocompatibilité, l’injectabilité (aiguille 30G), l’adhésivité tissulaire (1,5 à 3,7 N) et une administration rapide (en moins d’une heure). Notre équipe a précédemment mis au point un hydrogel de HA injectable à réticulation dynamique offrant une stabilité à long terme, une biocompatibilité et une transparence optique. Pour lui conférer des propriétés d’adhésion tissulaire, deux stratégies seront testées : (1) l’ajout d’acide tannique adhésif dans la formulation de l’hydrogel ou (2) le greffage de groupes adhésifs sur le squelette de HA. La biocompatibilité de l’hydrogel sera évaluée, ainsi que ses propriétés adhésives pour la réparation de la rétine en employant différents modèles précliniques.
Cet hydrogel innovant pourrait simplifier la chirurgie rétinienne, réduire les complications, et diminuer les coûts. Au-delà de la réparation rétinienne, il pourrait être applicable dans la chirurgie de la cornée et d’autres domaines médicaux.
Implémentation du TFHE sur des systèmes embarqués à architecture RISC-V
Le chiffrement entièrement homomorphe (FHE, Fully Homomorphic Encryption) est une technologie qui permet d’effectuer des calculs directement sur des données chiffrées, ce qui signifie que l’on peut traiter des informations sans jamais connaître leur contenu réel. Par exemple, elle pourrait permettre d’effectuer des recherches en ligne où le serveur ne voit jamais ce que vous cherchez, ou encore des tâches d’inférence en intelligence artificielle sur des données privées qui demeurent entièrement confidentielles. Malgré son potentiel, les implémentations actuelles du FHE restent très coûteuses en calcul et nécessitent une puissance de traitement considérable, reposant généralement sur des processeurs (CPU) ou des cartes graphiques (GPU) haut de gamme, avec une consommation énergétique importante. En particulier, l’opération de bootstrapping représente un goulet d’étranglement majeur qui empêche une adoption à grande échelle. Les implémentations du FHE basées sur CPU peuvent dépasser 20 secondes sur des architectures x86 standards, tandis que les solutions ASIC personnalisées, bien que plus rapides, sont extrêmement coûteuses, dépassant souvent 150 mm² de surface en silicium. Ce projet de doctorat vise à accélérer le schéma TFHE, une variante plus légère et plus efficace du FHE. L’objectif est de concevoir et de prototyper des implémentations innovantes de TFHE sur des systèmes basés sur RISC-V, en visant une réduction significative de la latence du bootstrapping. La recherche explorera les synergies entre les techniques d’accélération matérielle développées pour la cryptographie post-quantique et celles applicables à TFHE, ainsi que des approches d'accélération de type "tightly-coupled" entre les cœurs RISC-V et les accélérateurs dédiés. Enfin, le projet étudiera la possibilité d’intégrer un domaine de calcul entièrement homomorphe directement au sein du jeu d’instructions du processeur.
Etude des synergies Zn, Cr, Fe, Ni sur la cristallisation au sein de verres simplifiés d’intérêt nucléaire
En France, l’utilisation de l’énergie nucléaire pour la production d’électricité génère des déchets dits de Haute Activité lors de l’étape du retraitement des combustibles usés. Ces déchets sont immobilisés en matrice vitreuse borosilicatée, dont la structure permet d’incorporer à l’échelle atomique un grand nombre d’éléments chimiques, et garantissant d’excellentes propriétés de comportement à long terme. Les enjeux à venir de la filière conduisent à une évolution des combustibles mis en œuvre dans les réacteurs, ce qui peut potentiellement induire de fait une évolution de la nature des flux à vitrifier.
Parmi les éléments à étudier, on retrouve notamment le chrome, dont la solubilité est relativement faible dans les verres borosilicatés, présentant des synergies de cristallisation avec d’autres éléments contenus dans les verres de conditionnement, comme le fer, le nickel et le zinc. Ce travail de thèse vise donc à étudier les effets synergiques de Cr, Ni, Fe et Zn sur des verres borosilicatés peralcalins simplifiés d’intérêt nucléaire, afin de mieux appréhender les affinités de cristallisation entre les différents éléments et ainsi identifier la nature et la teneur des différentes phases susceptibles de se former
Le/la doctorant/doctorante bénéficiera des compétences reconnues du laboratoire sur la formulation de verres et l’étude de leurs propriétés physico-chimiques. L’ensemble des moyens mis à disposition permettra une approche globale du sujet, en travaillant sur une thématique en plein essor et porteuse de forts enjeux industriels. L’expérience acquise pendant ce travail interdisciplinaire pourra se valoriser dans le domaine des matériaux.
FRITTAGE EN PHASE LIQUIDE TRANSITOIRE DE PASTILLES DE COMBUSTIBLES UOX ET MOX
Le sujet est en rapport avec la fabrication des combustibles UOX et MOX. Le principal objectif est d'identifier des couples de dopants permettant de former une phase liquide transitoire lors de l'étape de frittage des combustibles. Pour cela des calculs de diagrammes de phases par la méthode CALPHAD devront être réalisés, en prenant également en compte les impératifs liés à la phase d'irradiation une fois le combustible chargé en réacteur. Les couples les plus prometteurs seront ensuite évalués dans le cadre de la fabrication d'un combustible UOX et d'un combustible MOX. Les expériences à réaliser seront essentiellement: la préparation d'une matière pulvérulente, la mise en forme par pressage de cette matière sous la forme de cylindres représentatifs de pastilles de combustibles et l'étude du frittage à haute température de ces cylindres de formulation UOX et MOX. Après frittage, une étape très importante sera la caractérisation à l'échelle macroscopique et microscopique de ces pastilles. La première année de la thèse se déroulera sur le centre CEA de Cadarache au sein de l'ICPE Laboratoire des Combustibles Uranium. Les deux suivantes se dérouleront au sein de l'INB Atalante sur le site CEA de Marcoule. Le candidat travaillera au sein de deux installations uniques en Europe et pourra développer une expérience sur le travail en milieu nucléaire avec une approche très novatrices qui permettra la publication de résultats scientifiques originaux.
Etude de nouveaux concepts d’extracteurs liquide-liquide miniaturisables et parallélisables
Dans le processus de développement de procédés, leur miniaturisation représente un fort enjeu pour la RetD en amont.
En effet, la miniaturisation des procédés présente de nombreux avantages, en termes de réduction des volumes de matières premières, de gestion des déchets, possibilités de criblage, automatisation et de sécurité pour le personnel.
A ce jour, le procédé d’extraction liquide-liquide à contre-courant n’a pas de solution convaincante de miniaturisation alors que les applications sont nombreuses : en pharmacie, synthèse chimique, nucléaire ou médecine nucléaire.
Le CEA-ISEC à Marcoule a développé de nouveaux outils microfluidiques pour réaliser ces opérations de façon simple et opérationnelle en se basant sur la compréhension fine des instabilités des écoulements diphasiques dans des capillaires.
Ce sujet d’étude sur 3 ans propose :
- D’expérimenter, comprendre et modéliser finement les écoulements et transferts de masse
- D’optimiser puis transposer les phénomènes à des volumes industriellement impactants
- Publier et participer à des congrès internationaux
Le doctorant bénéficiera d’un apprentissage du monde de la recherche dans une équipe valorisant la qualité dans l’encadrement et le devenir de ses doctorants, dans une équipe pluridisciplinaire allant du génie des procédés à l’instrumentation et avec des projets allant de la recherche à l’industrie.
Des compétences générales en génie chimique et transfert de masse sont requises. Des compétences de collaboration avec nos partenaires académiques seront essentielles à la réussite du projet d’étude.
Apprentissage informé par la physique pour l’imagerie ultrasonore multiélément super-résolue
Cette thèse vise à développer une nouvelle génération de méthodes de focalisation ultrasonore pour l’imagerie par réseaux multiéléments (phased arrays), en combinant apprentissage profond, modélisation physique et transport optimal. Le travail repose sur deux axes complémentaires. Le premier consiste à concevoir une variante repondérée et probabiliste de la Total Focusing Method (TFM), où les poids de focalisation sont appris de manière itérative grâce à un réseau de convolution et normalisés le long des isochrones définis par un champ de temps de vol neuronal. Cette approche permet une focalisation plus adaptative, interprétable et robuste dans des environnements complexes.
Le second axe propose une reformulation complète de la TFM comme un problème de barycentre de Wasserstein, dans lequel chaque image partielle est modélisée comme une distribution empirique sur un espace combinant position spatiale et amplitude ultrasonore. Un coût de transport informé par la géométrie acoustique — construit à partir de distances géodésiques minimisant les variations de temps de vol — permet d’obtenir des barycentres grid-free offrant une localisation des réflecteurs plus précise et physiquement cohérente. L’objectif global est d’ouvrir une nouvelle voie en imagerie ultrasonore, fondée sur l’intégration de la physique, de l’intelligence artificielle et des outils avancés du transport optimal.
Mesure optique intradermique via des microaiguilles instrumentées
Le cortisol, joue un rôle central dans la régulation du cycle circadien et dans de nombreux processus physiologiques essentiels tels que le métabolisme énergétique et la réponse immunitaire. La surveillance conventionnelle du cortisol repose sur des prélèvements sanguins ou salivaires ponctuels, qui ne reflètent pas fidèlement la dynamique temporelle de sa sécrétion. Il devient donc nécessaire de développer des approches innovantes permettant une mesure continue, peu invasive et fiable de la concentration de cortisol chez les patients.
Le projet doctoral vise à développer une instrumentation originale optique couplée à des microaiguilles fonctionnalisées avec des aptamères fluorescents pour le suivi de cortisol intradermique, de manière continue, minimalement invasive et sans prélèvement. Dans ce cadre, le doctorant aura pour mission de concevoir et de dimensionner les futures microaiguilles optiques destinées à la détection du cortisol. De mettre en place des dispositifs expérimentaux nécessaires à la caractérisation des microaiguilles optiques fabriquées au sein du département et de tester les performances des microaiguilles dans un environnement représentatif. Enfin, le doctorant développera une méthodologie complète de traitement et d’analyse des données afin d’identifier les paramètres clés permettant d’établir un lien quantitatif entre les signaux collectés et la concentration en cortisol. L’ensemble de ces travaux contribuera à la mise au point d’un dispositif de mesure innovant basé sur les technologies de rupture d’émission et de détection optiques disponibles au CEA-LETI, combinant précision, sensibilité, compacité et donc compatibilité avec une utilisation in vivo.
INFLUENCE D’UNE ETAPE DE GRANULATION MECANIQUE LORS DE LA FABRICATION D’UN COMBUSTIBLE MOX POUR RNR
Le sujet est en lien avec la fabrication du combustible MOX (U,Pu)O2 pour les réacteurs Réacteurs à Neutrons Rapide. Le procédé actuel intègre une étape de cobroyage des dioxydes d'uranium et de plutonium pour générer un milieu pulvérulent qui est ensuite mis en forme par pressage uniaxial pour générer des pastilles de combustibles cylindriques qui sont ensuite frittées à haute température. le milieu pulvérulent collecté présente une coulabilité médiocre ce qui limite les cadences de mise en forme par pressage. L'objectif de la thèse est donc d'évaluer l'impact d'une granulation mécanique du milieu pulvérulent sur la coulabilité, l'étape de pressage et la microstructure obtenue après frittage. Des tests de dissolution dans de l'acide nitrique seront également à réaliser sur certaines microstructures bien spécifiques. La thèse se basera sur un plan d'expériences formel élaboré au moyen d'un logiciel spécifique (JMP). La thèse se déroulera au sein de l'INB Atalante sur le site CEA de Marcoule. Le candidat travaillera au sein d'une installations unique en Europe et pourra développer une expérience sur le travail en milieu nucléaire avec une approche très novatrices qui permettra la publication de résultats scientifiques originaux.
Étude de l’endommagement mécanique des cellules à oxyde solide: impact des modes de fonctionnement et des profils de chargement sur la réponse électrochimique
Les cellules à oxyde solide (SOCs) sont des convertisseurs électrochimiques fonctionnant à hautes températures qui peuvent être utilisés pour produire soit de l’électricité en mode pile à combustibles (SOFC) ou de l’hydrogène en mode d’électrolyse (SOEC). Grâce à un large éventail de cas d’application, cette technologie est susceptible d’offrir de nombreuses solutions innovantes pour assurer la transition vers l’utilisation massive d’énergies renouvelables. Néanmoins, malgré tous leurs avantages, l'industrialisation à grande échelle de cette technologie reste entravée par la durabilité des SOCs. En effet, les SOCs sont limitées par de nombreux phénomènes physiques dont notamment l’endommagement mécanique des électrodes. Par exemple, la formation de microfissures dans l’électrode dite à hydrogène est une des sources majeures de dégradation. Les mécanismes mis en jeu ainsi que l’impact des microfissures sur les performances restent cependant mal connus à ce jour. Par une approche de modélisation multi-physique, cette thèse propose (i) de simuler les dommages dans la microstructure de l'électrode et (ii) de calculer leur impact sur la perte de performances. Une fois le modèle validé sur des expériences originales, une analyse de sensibilité sera conduite et des recommandations seront émises pour des électrodes optimisées.