Control Optimal des systèmes solaires hybrides pour procédés industriels basé sur les methodes MPC et IA

Les procédés industriels utilisent de la chaleur dans la plage de température 50-1500°C et la chaleur représente environ 70% de la consommation d'énergie dans l'industrie. La consommation de chaleur dans l'industrie est généralement classée en trois domaines de température : basse (400°C) correspondant aux différentes technologies solaires. Les technologies solaires à concentration sont nécessaires lorsqu’il s’agit de produire de la chaleur solaire à T>150°C. La question centrale de l'intégration de la chaleur solaire dans les procédés industriels est abordée dans le projet SHIP4D (Programme PEPR SPLEEN). Dans le cadre de cette thèse, le travail portera sur le contrôle optimal de haut niveau des systèmes solaires hybrides de production de chaleur et d'électricité pour les procédés industriels. Les outils de contrôle seront développés dans PEGASE, et appliqués à un simulateur de la centrale de LACTOSOL fourni par NEWHEAT. Les travaux de thèse serviront également de base pour le projet européen INDHEAP (Optimal Solar Systems for Industrial Heat and Power), coordonné par le CEA, et démarré en janvier 2024.

Définition d’un modèle asynchrone de compression de données à la volée sur accélérateurs pour le HPC

Cette thèse porte sur le calcul haute performance pour la simulation numérique de phénomènes physiques complexes.
Le CEA met à disposition les ressources matérielles et logicielles permettant d'atteindre la puissance de calcul requise.
Nous avons assisté à l’avènement des accélérateurs, entraînant de nouveaux défis. En particulier, la gestion de la mémoire devient essentielle pour atteindre des performances exascale, car le rapport taille mémoire par nombre d'unités de calcul diminue.
Ce problème touche tous les domaines nécessitant un volume de données important. Ainsi, de nombreux aspects de cette thèse seront généraux et d’intérêt mondial.

Cette thèse aura pour objectif de proposer un modèle asynchrone de mise à disposition de données via des techniques de compression/décompression. Il doit être suffisamment efficace pour être utilisé « à la volée » (pendant les calculs sans les ralentir), permettant de relâcher les contraintes mémoire.
Les codes ciblés sont itératifs et séquencent différentes phases. Idéalement, tous les calculs seront effectués sur des accélérateurs, laissant les ressources CPU inoccupées. Le modèle proposé devrait tirer parti de ces spécificités. L'objectif final sera l'intégration des travaux dans un code représentatif pour évaluer les gains dans un contexte industriel.

Etalonnage de réseau d’antennes par reconstruction in-situ de sources

Commencez votre carrière par une expérience à la pointe de la recherche technologique au CEA Grenoble, au sein d’une équipe R&D de renommée internationale dans le domaine des antennes.

Sujet de thèse :
Dans de nombreuses applications avancées (radar, goniométrie, surveillance du contexte électromagnétique - EM), la connaissance précise des rayonnements d’antennes, gouverne la précision du traitement (direction angulaire, polarisation des signaux reçus). Or l’intégration d’antennes miniatures sur des objets ou véhicules de quelques longueurs d’onde perturbe largement leur rayonnement. Dans les bandes de fréquences basses, l’étalonnage des antennes ne suffit pas à atteindre les meilleurs niveaux de performances et encore moins leur robustesse dans le temps.
Le challenge de cette thèse est de pouvoir mettre à jour in-situ (c’est-à-dire en quasi temps réel) la table d’étalonnage du champ lointain de réseau d’antennes. Pour ce faire, une 1ère partie théorique EM s’appuiera sur l’exhaustivité d’une analyse des modes/sources équivalentes induits sur la structure du porteur via la simulation EM dans le but d’extraire les modes présents et leur rayonnement. Une 2nde partie plus instrumentale, dimensionnera le réseau de sondes d’échantillonnage installées sur la structure du porteur, qui mesureront in -situ les pondérations de ces modes. Enfin la dernière partie opèrera l’hybridation des deux parties précédentes afin de reconstruire le rayonnement champ lointain en pondérant les modes simulés par les points mesurés.
La dernière année, une mise en oeuvre expérimentale permettra de valider la méthode et d’analyser sa performance.
Ce sujet complet (simulation EM d’antennes, analyses EM, mesures RF) sera encadré par une équipe expérimentée s’appuyant sur des outils et instruments d’exception (http://www.leti-cea.fr/cea-tech/leti/Pages/recherche-appliquee/plateformes/plateforme-telecommunications.aspx).

Candidat recherché : Ecole d’ingénieur ou Master 2 spécialisé en Antenne, Electromagnétisme, instrumentation RF

Cadre : CEA Grenoble, au coeur des Alpes
(http://www.youtube.com/watch?v=bCIcNJOzYZY)
Le CEA est un acteur majeur de la recherche, au service de l’Etat, de l’économie et des citoyens. Il apporte des solutions concrètes à leurs besoins dans quatre domaines principaux : transition énergétique, transition numérique, technologies pour la médecine du futur, défense et sécurité. Le CEA s’engage depuis plus de 75 ans au service de la souveraineté scientifique, technologique et industrielle de la France et de l’Europe pour un présent et un avenir mieux maîtrisés et plus sûrs. Implanté au coeur des territoires équipés de très grandes infrastructures de recherche, le CEA bénéficie d’un large éventail de partenaires académiques et industriels en France, en Europe et à l’international. Les 20 000 collaboratrices et collaborateurs du CEA partagent trois valeurs fondamentales :
- La conscience des responsabilités
- La coopération
- La curiosité

Raffinement de maillage adaptatif multi-architecture pour la simulation des équations de l’hydrodynamique compressible multi-matériaux

Le CEA DAM développe activement des outils de calcul scientifique en mécanique des fluides pour la simulation numérique d'écoulements de fluides compressibles et multi-matériaux. Ces logiciels utilisent des modèles de programmation adaptés à l'utilisation efficace des supercalculateurs et mettent en oeuvre des méthodes de résolution numérique des équations de l'hydrodynamique compressible en utilisant la stratégie du raffinement de maillage adaptatif, AMR (Adaptive Mesh Refinement) qui permet de réduire le coût de calcul de certaines simulations, en réduisant le nombre de cellules (donc l'empreinte mémoire) et de concentrer les calculs sur les zones d'intérêt (discontinuités, chocs, interfaces multi-fluides, ...).

Depuis une quinzaine d'année, avec l'apparition des processeurs graphiques (GPU), les architectures matérielles utilisées dans le domaine du calcul haute performance ont profondément évoluées. La thèse proposée vise à concevoir une implantation parallèle des techniques AMR pour le cas des écoulements multi-matériaux dans le but d'utiliser efficacement un supercalculateur utilisant massivement les processeurs graphiques (GPU). Après vérification et validation du code développé, on pourra l'exploiter pour simuler l'effet d'une onde de souffle et son interaction avec les structures environnantes.

Conception d'un système de transmission de puissance inductif haute fréquence à base de GaN, robuste au désalignement

Le laboratoire LAIC du Département Systèmes du CEA-LETI à Grenoble est spécialisé dans le développement de systèmes électroniques et mécatroniques innovants, avec une prise en compte des problématiques liées à la récupération / gestion / transmission de l’énergie et l’intégration de capteurs dans des environnements variés. Dans le cadre du développement de ses activités de R&D, le LAIC propose une thèse sur la transmission de puissance sans fil par couplage inductif résonant à base de GaN.

Les technologies de transmission de puissance sans fil sont en plein essor avec des applications dans les domaines du spatial, de l’électronique grand public, du médical, de l'automobile ou encore de la défense. La technologie de transmission de puissance par couplage inductif résonant semble la plus prometteuse en terme d’efficacité en champ proche.

Les travaux de thèse envisagés feront suite au développement au sein du laboratoire d’un système incluant un coupleur électromagnétique à couplage fixe et une première électronique HF basée sur une topologie classe E à base de transistor GaN. Dans ce contexte, l’objectif de la thèse est de développer un système robuste au désalignement des bobines du coupleur. Il s’agira alors d’étudier, développer et tester les performances d’un nouveau coupleur et d’une électronique de pilotage adaptative. Le/la candidat(e) sera amené(e) à développer des modèles analytiques et numériques pour optimiser l’électronique, à comparer les performances des systèmes existants de la littérature, ainsi que proposer, développer et tester les performances de topologies innovantes à base de GaN assurant une bonne robustesse à une variation de couplage électromagnétique.

Un profil pluridisciplinaire orienté électronique de puissance et physique est recherché pour cette thèse. En plus de solides bases théoriques et de fortes compétences en simulation, le doctorant devra posséder des capacités à travailler en équipe, une aptitude à l’expérimentation et un attrait aux réalisations concrètes.

Intégration tri-dimensionnelle de composants GaN de puissance

L‘augmentation de la densité de puissance électrique dans les usages du quotidien est la résultante d’évolutions technologiques, des matériaux et composants. La première brique sur laquelle travailler pour cela est l’utilisation d’un matériau semi-conducteur adapté à une forte intégration et capable de gérer de fortes densités de puissance.
Depuis les années 2010, les semiconducteurs grands gaps tels que le SiC ou le GaN émergent dans plusieurs applications et engendrent une révolution de la conception en électronique de puissance avec notamment l’augmentation de la fréquence de fonctionnement et de la puissance massique des convertisseurs. Concernant le nitrure de Galium (GaN), l’augmentation de la fréquence de commutation a été permise grâce aux composants HEMT (High Electron Mobility Transistor).
L’idée de la thèse est de travailler sur un assemblage de cellule HEMT GaN. La thèse portera la réalisation d’un assemblage de deux composants à travers une électrode sur leurs faces arrières afin d’obtenir une électrode commune de point milieu permettant de réduire les inductances parasites et d'augmenter la fréquence de fonctionnement. Les travaux s'appuieront sur des outils de simulation tels que COMSOL et Synopsys. La thèse sera en collaboration avec les laboratoire GEEPS à CentraleSupelec et l'université Paris-Saclay.

Apprentissage fédéré sur des données verticalement partitionnées provenant de participants hétérogènes

L'apprentissage fédéré permet à plusieurs participants d'entraîner en collaboration un modèle global, sans partager leurs données, mais seuls les paramètres du modèle sont échangés entre les participants et le serveur. Dans l'apprentissage fédéré vertical (VFL), les données des participants partagent des échantillons similaires, mais ont des attributs différents. Par exemple, des entreprises de différents domaines possédant des données avec des attributs différents collaborent pour résoudre une tâche d'apprentissage automatique. Bien que les données soient privées, VFL reste vulnérable aux attaques telles que les attaques de type Feature/Label Inference Attack. Différentes méthodes de protection (par exemple, la confidentialité différentielle, le chiffrement homomorphe) ont été étudiées pour protéger la confidentialité du VFL. Le choix des méthodes appropriées est un défi car il dépend de l'architecture de VLF et du niveau de confidentialité souhaité (par exemple, modèles locaux, résultats intermédiaires, modèles appris). La variabilité du système de chaque participant peut également entraîner une latence élevée et des mises à jour asynchrones, ce qui affecte la performance du modèle et l'efficacité de l’entraînement.

L'objectif de cette thèse est de proposer des méthodes pour effectuer VFL de manière confidentielle, en tenant compte de l'hétérogénéité des participants. Premièrement, le candidat étudiera les architectures des modèles VFL et les mesures de confidentialité afin de proposer des protocoles d’entraînement sécurisés et confidentiels pour VFL. Deuxièmement, le candidat étudiera les impacts de l'hétérogénéité du système des participants, tels que les ressources de calcul et de communication, afin de concevoir des solutions pour rendre les protocoles proposés robustes à ce type d’hétérogénéité. Troisièmement, les compromis entre la performance, la confidentialité et l’efficacité du VFL seront étudiés afin de proposer un cadre pratique permettant de piloter les protocoles en fonction des caractéristiques d'un problème d'apprentissage automatique donné.

Dispositifs ultimes à désertion totale sur substrat isolant pour applications en radio fréquence

La thèse sera effectuée dans le cadre du projet NEXTGEN visant à développer la prochaine génération de dispositifs en silicium sur isolant pour les futures technologies CMOS afin de renforcer la compétitivité européenne dans le secteur de la microélectronique.

Notre laboratoire est chargé d'explorer, de planifier, et de piloter le développement des dispositifs actifs RF: c'est une formidable opportunité de mener de la recherche en utilisant des instrumentations a l’état de l’art tout en travaillant en étroite collaboration avec nos partenaires industriels.

Pendant votre séjour au CEA-LETI, vous vous attendrez à vous engager dans une gamme de tâches d'ingénierie qui peuvent comprendre:
- Effectuer une estimation analytique des propriétés des dispositifs et évaluer l'impact des choix technologiques sur les performances des dispositifs electroniques
- Effectuer et/ou analyser des simulations pour prédire la performance attendue ou obtenir des informations sur le comportement des dispositifs.
- L’exploration de données sur une vaste gamme de mesures : saisir les informations pertinentes et identifier les tendances ou les corrélations
- Quand nécessaire, passer de longues périodes dans le laboratoire pour effectuer ou participer à des campagnes de caractérisations de dispositifs RF.
En fonction des attendus ou de votre profil, les sujets pourront être discutés dynamiquement.

Développement et caractérisation d'assemblages hybrides Cu-diélectrique à basse température

Le collage hybride Cu-diélectrique est une technologie d'assemblage de composants à très faible pas d'interconnexion, qui ouvre la voie à de nouvelles intégrations pour des applications exigeantes telles que le calcul haute performance, les smart imageurs,... Le Leti est impliqué depuis plus de 10 ans dans le développement de cette technologie, en partenariat avec divers industriels et académies, pour maîtriser des pas de connexion de plus en plus petits (< 1µm), ou évaluer de nouvelles techniques telles que l'auto-assemblage ‘puce à plaque’. Dans ce contexte, le collage hybride à basse température permettrait de nouvelles voies d’intégration notamment pour les systèmes hétérogènes (III-V sur CMOS,…) ou pour les composants sensibles thermiquement (résines colorées, mémoires non-volatiles,…).

L’objectif de cette thèse est de développer et caractériser des assemblages hybrides Cu-diélectrique à basse température, de l’ambiante à 250°C. Une première partie de la thèse sera consacrée à l’identification de matériaux diélectriques pertinents pour le collage hybride (SiN, SiON, SiCN, …). Les propriétés critiques de ces matériaux (permittivité, hygroscopie,…) seront mesurées et comparées à celles de la référence SiO2 haute température. Dans une deuxième partie, les diélectriques sélectionnés seront intégrés dans la technologie d’assemblage hybride 'plaque à plaque' et chaque étape (niveau damascène, préparation de surface, collage direct) sera adaptée au besoin. La troisième partie de la thèse sera consacrée à la caractérisation électrique et aux tests de fiabilité des assemblages obtenus à basse température.

Alimentation stochastique à partir de dispositifs émergents

Contexte:
L’utilisation massive d’appareils connectés traitant d’informations sensibles requiert le développement de nouveaux systèmes de protection. L’attaque la plus courante, dite à canal latéral de puissance, consiste à récupérer des informations relatives aux clés de chiffrement en analysant la consommation du système à alimenter. La co-intégration du système avec son alimentation permettrait de masquer la consommation des blocs sensibles, notamment en mettant en œuvre différentes techniques pour introduire des variations aléatoires pendant le transfert de puissance. Le CEA a une compétence reconnue en conception et en test de circuits intégrés sécurisés et il souhaite explorer une nouvelle approche de conversion DC-DC qui décorrèle la consommation de façon plus efficace grâce à l’utilisation de dispositifs émergents disponibles au CEA-Léti.
Le travail du doctorant sera le suivant :
- La spécification des blocs d'alimentation intégrées en utilisant l'architecture de capacité commutée.
- Etudier le circuit en utilisant des composants émergés et évaluer l'amélioration de sa robustesse contre les attaques par canal latéral.
- La conception microélectronique de l'alimentation intégrée en technologie silicium.
- La caractérisation en performance et en sécurité des blocs conçus et des primitives de sécurité dans
leur ensemble.
La répartition du travail est 10% d'étude de pointe, 20% d'architecture de système, 50% de conception de circuit, 20% de mesure expérimental.

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