Aprentissage probabiliste à base de dispositifs spintroniques

Le candidat au doctorat conjoint UGA - KIT recruté devrait être en mesure de couvrir les travaux des lots de travail 1 et 2. Il/elle participera également à des réunions techniques et aura une bonne compréhension de la façon dont les tâches des autres lots de travail techniques sont exécutées, principalement par les partenaires avec un effort interne. Dans l'ensemble, le candidat au doctorat développera et optimisera des architectures compactes de calcul en mémoire, fournira des modèles de haut niveau pour une intégration ultérieure dans des conceptions à grande échelle, effectuera la validation de toutes les preuves de concepts de nouvelles implémentations architecturales. Il/elle sera également impliqué(e) dans la conception d'implémentations algorithmiques de réseaux neuronaux bayésiens adaptés à l'architecture. Plus précisément, il/elle travaillera dans les directions suivantes :
La conception et l'optimisation des réseaux neuronaux probabilistes, seront exécutées principalement dans le laboratoire SPINTEC à Grenoble, ce qui inclura :
1. la conception complète d'un accélérateur matériel sans transistor de sélection pour les opérations fréquentes de lecture et d'écriture.
2. Conception et validation d'une approche architecturale innovante capable de compenser les phénomènes de « sneaky paths ».
3. Modélisation de haut niveau de l'architecture crossbar complète qui inclut la composante stochastique.
4. Proposer un flux de simulation et de validation complet pouvant être adapté à une taille et à des paramètres d'architecture réalistes qui mettent en œuvre des tâches bayésiennes.
5. Réaliser des figures de mérite en matière de délai, de consommation d'énergie et de surcharge de surface.

Traduit avec DeepL.com (version gratuite)

Étude multi-échelle du transport ionique dans des matériaux nanoporeux hiérarchiques non saturés : application aux matériaux cimentaires

Le transport ionique est crucial pour déterminer la durabilité des matériaux à base de ciment et, par conséquent, l'extension de la durée de vie des (infra)structures en béton. Les phénomènes de transport déterminent la capacité de confinement du béton, essentielle à la conception et à la gestion des infrastructures en béton pour la production d'énergie. Dans la plupart des conditions de service, le béton se trouve dans un état non saturé. Un transport anormal a été observé dans les matériaux à base de ciment, et les raisons de ces écarts par rapport au comportement attendu d'autres matériaux poreux peuvent provenir de processus à l'échelle nanométrique.

A ce jour, la majorité des modélisations prédictives de la durabilité ne tiennent pas explicitement compte des processus à l’échelle nanométrique, pourtant fondamentaux pour déterminer les propriétés de transport. Des progrès récents ont été réalisés dans la quantification du comportement de l'eau confinée dans diverses phases présentes dans les systèmes cimentaires. Les silicates de calcium hydratés (C-S-H) sont la principale phase hydratée dans les matériaux à base de ciment et présentent des nanopores dans les gammes microporeuses et mésoporeuses. Cependant, les effets de la désaturation restent encore à élucider pleinement. Une compréhension fondamentale des processus de transport nécessite un cadre multi-échelle dans lequel l'information de l'échelle moléculaire se répercute à travers d'autres échelles pertinentes (en particulier, l'échelle mésoscopique associée à la porosité du gel C-S-H (~nm), la porosité capillaire et la zone de transition interfaciale (~µm) jusqu'à l'échelle macroscopique des applications industrielles dans les matériaux à base de ciment).

L’objectif de ce travail de doctorat est d’évaluer le transport ionique des chlorures, une espèce critique pour la durabilité du béton, en conditions non saturées en combinant des simulations à petite échelle, une modélisation multi-échelle et des expérimentations dans une approche ascendante. Le travail se concentrera sur le C-S-H. Le projet vise à caractériser les effets de la désaturation sur les processus nanométriques qui gouvernent le transport des chlorures.

Modélisation des équilibres de complexation des actinides en milieu nitrique. Application au procédé PUREX

Le code de calcul PAREX+ est un outil majeur dans le domaine de la chimie séparative. Il permet la modélisation et la simulation des procédés de séparation basés sur l’extraction par solvant. Dans ce code, la distribution des espèces d’intérêt entre les phases aqueuse et organique est calculée en tout point du procédé aussi bien en régime établi que dynamique. L’objectif de la thèse est d’améliorer le modèle de distribution présent au sein de ce code. Pour cela une meilleure compréhension des phénomènes mis en jeu au sein des phases organiques et aqueuses est nécessaire ainsi qu’une nouvelle approche pour les prendre en compte dans le modèle. Cette thèse associe donc l’expérimental et la modélisation. L’étudiant intégrera une équipe d’encadrement composée d’experts en chimie séparative et en modélisation. Son travail sera valorisé par l’émission de publications et de participations à des congrès internationaux. A l’issue de cette thèse, l’étudiant aura de solides connaissances dans le domaine de l’extraction par solvant et de sa modélisation qu’il pourra valoriser auprès des industriels ou des organismes de recherche du nucléaire ou dans les autres domaines de la chimie séparative (séparation des terres rares ou hydrométallurgie).

Modélisation thermo-chemo-mécanique du frittage : effet de l’atmosphère et de la densification différentielle sur le retrait des pastilles

Les combustibles de dioxyde d’uranium (UO2), utilisés dans les centrales nucléaires sont des céramiques, dont le frittage en phase solide est une étape-clé de la fabrication. L’étape de frittage consiste en un traitement thermique sous pression partielle contrôlée de O2 permettant de consolider, densifier le matériau et faire grossir les grains de UO2. La densification induit un retrait macroscopique de la pastille. Si le compact (poudre comprimée par pressage avant le frittage) admet de fortes hétérogénéités de densité, une différence de densification dans la pastille peut avoir lieu entraînant un retrait différentiel et l’apparition de défauts.
Cette thèse se consacre à la mise en place d’un modèle thermo-chemo-mécanique du frittage pour simuler l’impact de la composition et les propriétés physiques de l’atmosphère sur la densification du combustible à l’échelle de la pastille. Cette échelle nous permettra de considérer les gradients de densité issus du pressage, mais également de prendre en compte la cinétique de diffusion d’oxygène impactant localement la vitesse de densification qui elle-même impactera le processus de transport. Une simulation multiphysique est nécessaire pour simuler le couplage de ces phénomènes.
Ce travail de thèse sera mené au sein du Laboratoire commun MISTRAL (Aix-Marseille Université/CNRS/Centrale Marseille et l'institut IRESNE du CEA-Cadarache). Le doctorant valorisera ses résultats au travers de publications et participations à des congrès et aura acquis de solides compétences qui sont recherchées et valorisables dans un grand nombre de domaines académiques et industriels.

Simulations multiphysiques avec estimation d’incertitudes appliquées aux réacteurs rapides refroidis au sodium

La modélisation multiphysique est essentielle pour l'analyse des réacteurs nucléaires, mais la propagation des incertitudes entre différents domaines physiques (comme les comportements thermiques, mécaniques et neutroniques) est souvent négligée en raison de sa complexité. Ce projet de thèse vise à relever ce défi en développant des méthodes innovantes pour intégrer la quantification des incertitudes dans les modèles multiphysiques.

L'objectif principal est de proposer des approches de modélisation optimales, adaptées à différents niveaux de précision. Le projet explorera des techniques avancées, telles que la modélisation d'ordre réduit et l'expansion du chaos polynomial, pour identifier et classer les paramètres d'entrée ayant l'impact le plus significatif sur les sorties du système, indépendamment de leur domaine physique. Une comparaison entre des modèles « haute fidélité », développés à l'aide des outils de simulation de référence du CEA, et des modèles « best-estimate » conçus pour un usage industriel sera réalisée. Cette analyse comparative mettra en lumière comment les erreurs se propagent dans les différentes approches de simulation.

Les modèles seront validés à l'aide de données expérimentales de SEFOR, un réacteur rapide refroidi au sodium. Ces expériences fournissent des repères précieux pour tester les modèles multiphysiques dans des conditions réalistes de réacteur. Ce projet répond directement au besoin croissant de l'industrie nucléaire pour des outils de modélisation fiables et efficaces, visant à améliorer la sécurité et la performance des réacteurs.

Le candidat évoluera dans un environnement dynamique au CEA, avec accès à des ressources de simulation avancées et des opportunités de collaboration avec d'autres chercheurs et doctorants. Le projet offre également la possibilité de présenter les résultats lors de conférences nationales et internationales, avec des perspectives de carrière solides dans la conception de réacteurs nucléaires, l'analyse de la sûreté et la simulation avancée.

mise en ordre de l’oxygène dans le zirconium : mécanismes, cinétiques et propriétés mécaniques associés

Ce travail de thèse à pour but d'étudier les propriétés des alliages binaires zirconium-oxygène (Zr-O), notamment dans le cadre des applications nucléaires. Traditionnellement, l'oxygène est considéré en solution solide dans la matrice de zirconium, sans formation de composés ordonnés comme Zr6O ou Zr3O. Cependant, des études récentes suggèrent qu’à des températures inférieures à 600°C, des composés ordonnés peuvent se former, affectant la limite de solubilité de l'oxygène. Ces composés, observés après des traitements thermiques, pourraient modifier les propriétés mécaniques des alliages Zr-O, en particulier à température ambiante et jusqu’à 350°C. La thèse proposée cherche à comprendre ces mécanismes à travers des expériences de diffraction des rayons X et de microscopie électronique, pour étudier l'arrangement de l'oxygène, la stabilité thermique des composés et leur impact sur la déformation plastique. Cela vise à optimiser l’utilisation de ces alliages dans les réacteurs nucléaires.

Reconstruction numérique d’une cuve industrielle pour l’amélioration de l'instrumentation de suivi en temps réel

Dans un contexte de digitalisation de l’industrie et de surveillance en temps réel, il peut être crucial d’avoir accès en temps réel à des champs 3D (vitesse, viscosité, turbulence, concentration…), les réseaux de capteurs locaux étant parfois insuffisants pour avoir une bonne vision de ce qui se passe au sein du système. Ce sujet de thèse se propose d’investiguer une méthodologie adaptée à la reconstruction en temps réel de champs au sein d’une cuve industrielle instrumentée. Pour cela il est envisagé de se baser sur une modélisation éléments finis de la physique d’intérêt au sein de la cuve (fluidique, thermique…), et de méthodes de réduction de modèles basés sur le Machine Learning informé par la physique (approche capteurs virtuels). Le cœur de cette thèse sera également la mise au point de l’instrumentation d’une cuve et de la chaine d’acquisition associée, d’une part pour la validation des modèles, et d’autre part pour la génération d’une base de données pour l’application de la méthodologie.

Quantification et Optimisation de l’Etat Thermomécanique de Supraconducteurs Nb3Sn Lors du Traitement Thermique

En accord avec la volonté annoncée par le CERN de mettre en œuvre un super-collisionneur de type FCC, des électro-aimants supraconducteurs à haut champ à base de Nb3Sn sont développés. Dans le cadre de la collaboration européenne HFM (High Field Magnets), le LEAS au CEA Paris-Saclay conçoit, fabrique, et teste des démonstrateurs d’aimants supraconducteurs à base de Nb3Sn générant jusqu’à 16 T. Les conducteurs Nb3Sn requièrent un traitement thermique à 650°C. Au cours de ce traitement thermique, différents phénomènes physico-chimiques mènent à la formation de la phase supraconductrice Nb3Sn. Ces phénomènes induisent un état mécanique impactant les propriétés supraconductrices du matériau. Or, les propriétés mécaniques de la phase Nb3Sn, et des autres matériaux constituants le conducteur, sont peu voire pas du tout connues. Le but de cette thèse est d’étudier, à l’aide de modélisations et d’expériences, l’état thermomécanique de conducteurs lors du traitement thermique afin d’estimer les contraintes internes et leur impact sur les performances supraconductrices. Les résultats permettront d’améliorer les performances supraconductrices du Nb3Sn en vue de produire des aimants à haut champ pour les futurs accélérateurs.

PREDICTION PAR LA SIMULATION DES VIBRATIONS DANS LES CENTRIFUGUESES

Les machines tournantes sont des équipements critiques dans de nombreuses installations industrielles et leur exploitation s’accompagne régulièrement de problèmes d’équilibrage qui occasionnent l’apparition de vibrations potentiellement dangereuses pour les opérateurs et les équipements. La décanteuse pendulaire centrifuge est parfois le siège de vibrations qui obligent l’exploitant à ralentir la cadence de production. L’environnement nucléaire dans lequel ces équipements sont exploités ne permet pas de réaliser les mesures et observations nécessaires à une étude purement expérimentale. L’objectif est donc de réaliser une modélisation à partir de données limitées afin d’amener à une compréhension fine des phénomènes en jeu. Le sujet de thèse se propose de coupler des simulations CFD de type Euler-Euler de la répartition de masse dans le bol tournant avec une modélisation masse-ressort des liaisons mécaniques afin de s’approcher des signaux vibratoires mesurés industriellement. Un tel outil numérique serait une aide précieuse pour explorer les diverses pistes, sources potentielle d’apparition d’un déséquilibre de masse, et cela sans avoir à passer par une reproduction expérimentale. Associé à des méthodes de deep learning, ce type de modèle permettrait aussi de bâtir un prédicteur de balourds à partir de courts signaux vibratoires ouvrant la porte à un pilotage actif de la décanteuse.

Conception et optimisation d'un concept innovant de couverture tritigène pour réacteur à fusion nucléaire compact à haut flux de chaleur

Compétences :
Techniques : thermique, mécanique des structures, hydraulique, matériaux, simulation numérique
Non technique : rédaction, relationnel, anglais

Prérequis :
Cette thèse sera précédée d’un stage de 6 mois. Contacter l’encadrant pour découvrir le sujet.

Contexte :
Cette thèse porte sur la conception et l'optimisation d'une couverture tritigène innovante pour les réacteurs de fusion nucléaire compacts. La fusion nucléaire offre une solution prometteuse pour produire une énergie propre et durable. Cependant, elle nécessite la production continue de tritium, un isotope rare, à partir de couvertures tritigènes entourant le plasma. Ces couvertures doivent également extraire la chaleur générée. Dans les réacteurs compacts, les contraintes techniques sont accrues par des flux de chaleur et des sollicitations thermiques et neutroniques très élevés.

La thèse se déroulera au sein du Bureau de Conceptions, Calculs et Réalisations du CEA Saclay, un acteur reconnu concernant le développement de couvertures tritigènes à l’échelle européenne. Ce bureau a conçu plusieurs concepts, tels que le HCLL (Helium Cooled Lithium Lead) et le BCMS (Breeder and Coolant Molten Salt), deux types de couvertures basées sur des systèmes de refroidissement à l'hélium ou aux sels fondus.

Description de la thèse :
Le programme de recherche se déroulera sur trois ans. La première année sera dédiée à l'étude des couvertures existantes, à l'identification des contraintes des réacteurs compacts, à la sélection de matériaux et fluides caloporteurs adaptés, et à la conception préliminaire du modèle. Les années suivantes seront consacrées à la modélisation multiphysique (thermique, mécanique, neutronique), suivie de l'optimisation itérative du concept pour améliorer ses performances.

Perspectives :
Les résultats de cette thèse auront un impact significatif sur le développement des réacteurs de fusion compacts, en garantissant la production de tritium et l’intégrité des structures. Ce travail pourrait également ouvrir des perspectives pour des recherches futures sur des couvertures tritigènes encore plus avancées, contribuant à l'essor d'une énergie de fusion durable et commercialement viable.