Modélisation d'éclateurs et de composants de protection du réseau énergie
Le CEA Gramat est le centre d’expertise du CEA DAM (Direction des Applications Militaires) dans le domaine de l’électromagnétisme. Il réalise à ce titre des études de vulnérabilité de matériels soumis à des agressions électromagnétiques diverses. De nos jours, les infrastructures critiques (médicales, financières, industrielles) sont dépendantes des systèmes électroniques pour fonctionner.
Avec l’expansion des sources électromagnétiques (EM) impulsionnelles, une réelle menace d’attaque EM est crédible et peut induire sur les systèmes électroniques des perturbations allant jusqu'à la destruction. Dans ce cadre, les systèmes critiques connectés au réseau énergie doivent être protégés face à ce type d'agression.
La modélisation de ces éléments de protection est donc un enjeu majeur afin de les dimensionner vis-à-vis de l'agression considérée et de l'équipement à protéger.
Corrélation entre la vulnérabilité des systèmes champ proche et champ lointain
Le CEA Gramat est le centre expert des effets des armes, notamment les armes électromagnétiques du CEA DAM (Direction des Applications Militaires). Il réalise à ce titre des études de vulnérabilité et de susceptibilité de systèmes soumis à des agressions électromagnétiques diverses. Durant ces dernières décennies l’intégration de l’électronique a permis de faire émerger des systèmes compacts et complexes possédant une forte capacité de calcul. L’explosion du nombre de capteurs et de composants dans les équipements électroniques rend la compréhension des mécanismes de vulnérabilité fastidieuse.
Afin de réaliser les études de vulnérabilité, le centre de Gramat dispose de nombreux moyens d’essai qui ne cessent d’évoluer. La mise en œuvre de nouveaux bancs de test et d’une nouvelle méthodologie d’analyse de susceptibilité est nécessaire pour compléter notre expertise face à ces systèmes de plus en plus complexes.
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.
Optimisation topologique des performances optiques de µLED
Les performances des micro-LEDs (µLEDs) sont fondamentales pour les micro-écrans, un domaine d’excellence du laboratoire LITE au CEA-LETI. Cependant, simuler ces composants est complexe et coûteux en calculs, en raison de la nature incohérente des sources lumineuses et des géométries impliquées. Cela limite la possibilité d’explorer efficacement des espaces de conception multi-paramètres.
Cette thèse propose de développer une méthode innovante basée sur les éléments finis pour accélérer les simulations tout en rendant possible l’utilisation de l’optimisation topologique sur ces sources incohérentes. L’objectif est de produire des designs non intuitifs maximisant les performances tout en respectant les contraintes industrielles.
Le travail se divise en trois phases :
- Développer une méthode de simulation rapide et fiable, en intégrant des approximations physiques adaptées aux sources incohérentes et en réduisant les temps de calcul d’un facteur significatif.
- Concevoir un cadre d’optimisation topologique robuste, intégrant des contraintes de fabricabilité, pour générer des designs immédiatement réalisables.
- Réaliser un prototype à base de "composants sur étagère" du laboratoire qui consiste en une gravure de motifs complexes sur une couche de diélectrique au dessus d'une µLED. Cette partie est sujette à l'intégration de la thèse dans les projets axés "Métasurfaces" du laboratoire afin de profiter d'un financement type IPCEI ou projet européen. Cette partie est optionnelle dans le projet de thèse, à moduler selon opportunités de financement d'un tel prototype.
Les résultats attendus incluent des designs optimisés pour micro-écrans offrant des performances accrues et une méthodologie généralisable à d'autres dispositifs photoniques. Les efforts consentis à développer une telle méthodologie pourront bénéficier à d'autres laboratoires du DOPT, travaillant eux aussi sur les métasurfaces.
Etude expérimentale et numérique de plasmas produits par faisceaux d'électrons
De nombreuses études effectuées au CEA Gramat portent sur la conception et le développement de machines de hautes puissances pulsées pour générer des rayonnements électromagnétiques et / ou ionisants. Ces rayonnements sont utilisés pour irradier des systèmes électroniques afin de quantifier leur vulnérabilité.
Pour concevoir ces machines, des simulations Maxwell 3D sont mises en œuvre et nécessitent des modèles pour prendre en compte le fonctionnement de certains composants comme par exemple les éclateurs et les diodes, dont la maîtrise est essentielle pour assurer la stabilité et la fiabilité des machines.
Développement d’outil de modélisation pour la corrosion en milieu poreux
Dans un contexte où la durabilité des matériaux s’avère fondamentale pour la sécurité des
installations et la promotion d’une transition énergétique durable, la maîtrise des phénomènes
de corrosion constitue un enjeu majeur pour des secteurs clés tels que le transport d’énergie
décarbonée via des conduites enterrées et le génie civil (hydrogène, nucléaire, infrastructures
souterraines). Le projet CORPORE s’inscrit dans cette problématique en proposant de
développer des modèles avancés de simulation numérique pour étudier la corrosion en milieu
poreux à l’aide de COMSOL Multiphysics. L’objectif scientifique et technologique principal consiste à élaborer une modélisation multiphysique intégrée des mécanismes électrochimiques et de transport au sein de matériaux
poreux : étude de l’influence couplée de la chimie, des propriétés du réseau poreux et des
interactions matériau-environnement sur l’initiation et la propagation de la corrosion. Cette
démarche permettra d’optimiser les stratégies de protection anticorrosion, de réduire les coûts
de maintenance et d’accroître la durée de vie des structures. Sur le plan de l’état de l’art, la
plupart des modèles se focalisent aujourd’hui sur des milieux homogènes et des approches compartimentées. Notre projet se démarque par l’intégration d’une modélisation mécanistique multi-échelles alliée à l’exploitation de données archéologiques pour une validation sur le long terme.
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.
Evaluation de méthodes polytopales pour la CFD sur architecture GPU
Cette proposition de recherche se place dans le cadre de l’étude et de l’implémentation de méthodes polytopales pour résoudre les équations de la mécanique des fluides. Ces méthodes ont pour but de traiter des maillages les plus généraux possibles permettant de s’affranchir de contraintes géométriques de forme ou héritées de manipulations CAO comme des extrusions ou des assemblages faisant apparaître des non-conformités. Ces travaux se placent également dans le cadre du calcul intensif en vue de répondre à l’augmentation des moyens de calcul et en particulier du développement du calcul massivement parallélisé sur GPU.
L’objectif de cette thèse est donc de reprendre les travaux réalisés sur les méthodes de type polytopales existantes dans le logiciel TRUST que sont les méthodes "Compatible Discrete Operator" (CDO) et"Discontinuous Galerkin" (DG), de compléter leur étude notamment pour les opérateurs de convection et d’investiguer d’autres méthodes existantes dans la littérature comme les méthodes "Hybrid High Order"(HHO), "Hybridizable Discontinuous Galerkin" (HDG) ou "Virtual Element Method" (VEM).
Les objectifs principaux sont d’évaluer :
1. le comportement numérique de ces différentes méthodes sur les équations de Stokes/Navier-Stokes,
2. l’adaptabilité de ces méthodes à des architectures hétérogène telles que les GPU.
Exploration et optimisation des architectures RAID et des technologies de virtualisation pour des serveurs de données haute performance
Face aux besoins toujours croissants de la simulation numérique, les
supercalculateurs doivent sans cesse évoluer pour améliorer leurs performances
et ainsi maintenir une haute qualité de service pour les utilisateurs.
Ces besoins se répercutent sur les systèmes de stockage, qui pour être
performants, fiables et capacitifs, doivent contenir des technologies de
pointe en ce qui concerne l'optimisation du placement des données et de
l'ordonnancement des accès I/O. L'objectif de la thèse est d'étudier ces
technologies telles que le GPU-based RAID et la virtualisation d'I/O, de
les évaluer et d'établir des optimisations permettant d'améliorer les
performances des systèmes de stockage HPC.
Imagerie de contraste de phase différentiel à base de capteur d'image
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.