Support logiciel pour calcul clairsemé
Les performances des calculateurs sont devenues limitées par les déplacements des données dans les domaines de l'IA, du HPC comme dans l'embarqué. Il existe pourtant des accélérateurs matériels qui permettent de traiter des mouvements de données de façon efficace énergétiquement, mais il n'existe pas de langage de programmation qui permette de les mettre en œuvre dans le code supportant les calculs.
C'est au programmeur de configurer explicitement les DMA et utiliser des appels de fonctions pour les transferts de données et analyser les programmes pour en identifier les goulots d'étranglement mémoire.
Par ailleurs les compilateurs ont été conçus dans les années 80, époque à laquelle les mémoires travaillaient à la même fréquence que les cœurs de calcul.
L'objet de cette thèse sera d'intégrer dans un compilateur la possibilité de réaliser des optimisations basées sur les transferts de données.
Optimisation numérique du design des organes de sécurité internes d'accumulateurs de batterie en fonction de la chimie
L’emballement thermique (Thermal runnaway TR) d’un accumulateur élémentaire du pack batterie est l’élément clef pouvant donner suite à divers problèmes de sécurité comme l’incendie ou l’explosion de gaz, mettant en cause les personnes et les biens. Plusieurs organes de sécurité permettent de prévenir et/ou de réduire les conséquences de l’emballement thermique , dont le PTC (positive Temperature Coefficient) visant à limiter le courant de court-circuit, le CID (Current Interrupt Device) visant à déconnecter les bornes externes des éléments actifs internes ainsi que l'évent visant à dépressuriser le godet. La pression interne de gaz au sein du godet est l'actionneur principal de ces éléments. Cependant, la génération de gaz dépendant grandement de la chimie retenue, ces organes de sécurité doivent désormais être optimisés pour les nouvelles générations de batterie.
Dans cette thèse, nous souhaitons mettre en place une méthodologie pour le dimensionnement par simulation numérique des organes de sécurité de cellule de batterie, incluant l’ensemble des caractérisations à l’échelle du matériau mais également en conditions d’essais abusifs. Cette thèse s’attachera donc à travailler sur les aspects numériques et expérimentaux en parallèle, en interaction avec plusieurs laboratoires du département.
Modélisation des Signatures Électromagnétiques dans un Scénario à Trajets Multiples pour la Reconnaissance d'Objets et le SLAM Radio Sémantique
Contexte:
La vision des futurs réseaux de communication sans fil envisage des services de positionnement et de localisation extrêmement précis dans des environnements intérieurs et extérieurs, en parallèle avec les services de communication (Joint Communication and Sensing- JCAS). Avec l'utilisation généralisée des technologies radar, le concept de Simultaneous Localization and Mapping (SLAM) a récemment été adapté aux applications en radiofréquences. Les premières démonstrations de faisabilité ont été réalisées en environnements intérieurs, produisant des cartes 2D basées sur des signaux rétrodiffusés aux ondes millimétriques (mmWave) ou en THz. Ces mesures permettent de fournir des données de détection, ouvrant la voie au développement de modèles complexes qui détaillent l'emplacement précis, la taille et l'orientation des objets cibles, ainsi que leurs propriétés électromagnétiques et leur composition matérielle.
Au-delà de la simple reproduction de cartes, l'intégration de la reconnaissance et du positionnement d'objets dans l'environnement peut ajouter une couche sémantique à ces applications. Bien que le SLAM sémantique ait été exploré avec des technologies basées sur des capteur vidéo, son application aux radiofréquences reste un domaine de recherche émergent nécessitant des modèles électromagnétiques précis des signatures des objets et de leurs interactions avec l'environnement. Des études récentes ont développé des modèles basés sur l'optique physique itérative et des courants équivalents pour simuler la signature multistatique en espace libre d'objets proches.
Thèse de doctorat:
L'objectif de cette thèse est d'étudier et de modéliser la rétrodiffusion des objets dans un scénario à trajets multiples, afin d'obtenir une imagerie précise et une reconnaissance des objets (y compris leurs propriétés matérielles). Le travail consistera à développer un modèle mathématique pour la rétrodiffusion des objets détectés dans l'environnement, à l'appliquer au SLAM 3D et à atteindre des objectifs de reconnaissance et de classification des objets. Ce modèle devra intégrer les effets en champ proche et en champ lointain tout en prenant en compte l'impact de l'antenne sur le canal radio global.
L'étude soutiendra la conception conjointe des systèmes d'antennes et des techniques de traitement associées (filtrage et imagerie) nécessaires à l'application.
Le doctorant fera partie du Laboratoire Antennes, Propagation et Couplage Inductif du CEA-LETI, à Grenoble (France). Il bénéficiera d'installations de pointe (sondeurs de voies, émulateur, logiciel OTA et simulateur électromagnétique).
La thèse se déroulera en partenariat avec l'Université de Bologne.
Application:
Le poste est ouvert aux étudiant.e.s exceptionnels titulaires d’un Master of Science, d’une école d’ingénieur ou équivalent. Le/la étudiant.e doit avoir une spécialisation dans le domaine des télécommunications, des micro-ondes et/ou du traitement du signal. Le dossier de candidature doit obligatoirement comprendre un CV, une lettre de motivation et les notes des deux dernières années d'études.
Conception innovante de circuit radiofréquence basée sur une approche de co-optimisation technology-système
Ce sujet de thèse adresse les deux grands défis de l’Europe d’aujourd’hui pour l’intégration des systèmes de communication du futur. Il s’agit de concevoir des circuits intégrés RF en technologie 22nm FDSOI dans les bandes de fréquences dédiées à la 6G permettant non seulement d’augmenter les débits mais aussi de réduire l’empreinte carbone des réseaux de télécommunications. En parallèle, il est primordial de réfléchir à l’évolution des technologies silicium qui permettraient d’améliorer l’efficacité énergétique et l’efficacité de ces circuits. Ce travail sera mené en apportant une réflexion sur la méthodologie de conception des systèmes radiofréquences.
Dans le cadre de la thèse, l'objectif sera décomposé en trois phases. Il faudra d’abord se doter d’outils de simulation, préfigurant les performances de la future technologie FDSOI 10nm du Leti. Une deuxième étape consistera à identifier les architectures les plus pertinentes existant dans la littérature pour les domaines applicatifs envisagés pour la technologie. Un lien avec les projets amonts en télécommunications sera systématiquement établi pour que le candidat saisisse les enjeux des systèmes.
Enfin, afin de valider les concepts développés, la conception d’un LNA et d’un VCO dans le cadre d’un projet en cours dans le laboratoire sera proposée.
Le candidat s’intégrera dans une équipe conséquente qui travaille sur les nouveaux systèmes de communication et qui aborde à la fois les aspects d’étude architecturale, de modélisation et de conception de circuits intégrés. Le candidat devra disposer de compétences sérieuses en conception de circuits intégrés et en systèmes radiofréquence ainsi qu’une bonne aptitude à travailler en équipe.
Architectures de calcul thermodynamique scalables
Les problèmes d'optimisation à grande échelle sont de plus en plus fréquents dans des secteurs tels que la finance, le développement de matériaux, la logistique et l'intelligence artificielle. Ces algorithmes sont généralement réalisés sur des solutions matérielles comprenant des CPU et de GPU. Cependant, à grande échelle, cela peut rapidement se traduire par des temps de latence, de l'énergie et des coûts financiers qui ne sont pas viables. Le calcul thermodynamique est un nouveau paradigme de calcul dans lequel des composants analogiques sont couplés dans un réseau physique. Il promet des implémentations extrêmement efficaces d'algorithmes tels que le recuit simulé, la descente de gradient stochastique et la chaîne de Markov Monte Carlo en utilisant la physique intrinsèque du système. Cependant, il n'existe pas de vision réaliste d'un calculateur thermodynamique programmable et scalable. C'est ce défi ambitieux qui sera abordé dans ce sujet de thèse. Des aspects allant du développement de macroblocs de calcul, de leur partitionnement et de leur interfaçage avec un système numérique à l'adaptation et à la compilation d'algorithmes pour le matériel thermodynamique peuvent être considérés. Un accent particulier sera mis sur la compréhension des compromis nécessaires pour maximiser la scalabilité et la programmabilité des calculateurs thermodynamiques sur des benchmarks d'optimisation à grande échelle et leur comparaison avec des implémentations sur du matériel numérique conventionnel.
Visualisation 3D in situ et modélisation de la croissance de grains au cours de la solidification d’un acier 316L lors des procédés de soudage et de fabrication additive
Actuellement, le CEA mène des études de R&D afin d’évaluer les potentialités des procédés de Fabrication Additive (FA) par dépôt de fil (WAAM et WLAM) pour l’acier 316L, matériau qui entre dans la fabrication de très nombreux composants. Ces procédés sont proches des techniques de soudage actuellement en usage pour la fabrication et la réparation de pièces pour le nucléaire. Des microstructures présentant une forte texture cristallographique sont souvent obtenues après soudage ou fabrication additive, conduisant à des comportements mécaniques fortement anisotropes, et la prévision de ces microstructures est aussi un élément clé pour fiabiliser les contrôles non destructifs des pièces ainsi fabriquées.
L’objectif de la thèse, qui s’appuiera sur une démarche couplée expérimentation/simulation, est de mieux comprendre les principaux phénomènes physiques intervenant lors de la solidification, en particulier la croissance des grains.
Pour cela, une démarche originale de caractérisation de ces phénomènes sera conduite sur la base d’un essai innovant et instrumenté dans le but de bénéficier d’une vision quasi-3D haute résolution de la zone fondue au cours de la solidification. Les résultats issus de l’approche expérimentale viendront enrichir les modèles physiques de solidification, déjà implémentés dans une modélisation 3D CA-FE (Cellular Automaton-Finite Element), couplant une approche par Automates Cellulaires (CA) et une modélisation (FE) thermique ou multiphysique du bain fondu (FE), pour simuler les microstructures de solidification issues des procédés de fabrication additive et de soudage.
Effet de la radiolyse de l’eau sur le flux d’absorption d’hydrogène par les aciers inoxydables austénitiques en réacteur nucléaire à eau pressurisée
Dans les réacteurs nucléaires à eau pressurisée, les éléments constitutifs du cœur sont exposés à la fois phénomènes de corrosion en milieu primaire, de l’eau pressurisée sous 150 bar et 300 °C environ, et à un flux neutronique. Les aciers inoxydables du cœur subissent des dommages dus à la combinaison du bombardement neutronique et de la corrosion. De plus, la radiolyse de l’eau peut impacter les mécanismes et cinétiques de corrosion, la réactivité du milieu et a priori les mécanismes et cinétique d’absorption d’hydrogène par ces matériaux. Ce dernier point, non étudié encore, peut s’avérer problématique car l’hydrogène en solution solide dans l’acier peut conduire à la modification (et la dégradation) des propriétés mécaniques de l’acier et induire une fissuration prématurée de la pièce. Cette thèse très expérimentale sera centrée sur l’étude de l’impact des phénomènes de radiolyse sur les mécanismes de corrosion et de prise d’hydrogène d’un acier inoxydable 316L exposé au milieu primaire sous irradiation. L’hydrogène sera tracé par le deutérium, et l’irradiation neutronique simulée par irradiation électronique sur accélérateurs de particules. Une cellule perméation existante sera reconfigurée pour permettre de mesurer in operando par spectrométrie de masse le flux de perméation de deutérium à travers un échantillon exposé au milieu primaire simulé en conditions de radiolyse. La distribution de l’hydrogène dans le matériau, ainsi que la nature des couches d’oxydes formées, seront analysées finement à l’aide des techniques de pointe disponibles au CEA et dans les laboratoires partenaires. Le(a) doctorant(e) devra in fine (i) identifier les mécanismes en jeu (corrosion et entrée d’hydrogène), (ii) en estimer les cinétiques et (iii) modéliser l’évolution du flux d’hydrogène dans l’acier fonction de l’activité de la radiolyse.
Etude de l’influence de la microstructure d’un acier 316L élaboré par procédé L-PBF sur ses propriétés mécaniques : caractérisation et modélisation du comportement en fluage et en fatigue
Les recherches sur la fabrication additive pour l'industrie nucléaire montrent que la production de composants en acier austénitique 316L par fusion laser sur lit de poudre (L-PBF) présente des défis techniques, notamment le contrôle des procédés, les propriétés des matériaux, leur qualification et la prédiction de leur comportement mécanique en conditions de service. Les propriétés finales diffèrent des procédés traditionnels, présentant souvent une anisotropie qui remet en question les normes de conception existantes.
Ces différences sont liées à la microstructure unique résultant du procédé L-PBF. La maîtrise de la chaîne de fabrication, de la consolidation à la qualification, nécessite une compréhension des interactions entre les paramètres du procédé, la microstructure et les propriétés mécaniques.
L'objectif de la thèse est d'étudier les relations entre la microstructure, la texture et les propriétés mécaniques de l'acier 316L fabriqué par L-PBF, sous sollicitations statiques ou cycliques. Cela comprend l'influence sur les propriétés de fluage et de fatigue, et le développement d'un modèle de prévision du comportement mécanique. A partir d'échantillons d'acier 316L avec des microstructures spécifiques consolidés par L-PBF, l'étude proposée vise à établir des liens entre la microstructure et les propriétés mécaniques pour mieux prédire le comportement en service.
Réflexions frontales des ondes de combustion à grande vitesse : etudes expérimentales, numériques et mesures de prévention.
Cette thèse se concentre sur l'analyse de la sécurité liée à l'hydrogène dans les industries, notamment en cas d'accidents où l'hydrogène est libéré ou généré, comme dans les centrales nucléaires. L'intérêt pour la sécurité de l'hydrogène a augmenté avec l'utilisation de piles à combustible pour la mobilité. Dans des bâtiments compartimentés, des atmosphères inflammables peuvent se former, menant à des explosions compromettant la sécurité. La dynamique des flammes est influencée par les conditions aux limites, notamment les géométries confinées qui accélèrent les flammes. Ce phénomène peut entraîner une transition déflagration-détonation, provoquant des dégâts importants aux structures via des ondes de choc et de combustion. Des recherches montrent que certaines configurations géométriques et mélanges d'hydrogène produisent des pressions plus élevées, même avec de faibles concentrations en hydrogène. Trois questions principales sont soulevées : l'influence de la géométrie sur la pression et l'impulsion, la concentration optimale d'hydrogène, et la possibilité d'atténuer ces effets avec des revêtements acoustiques absorbants. Pour répondre à ces questions, des expériences et simulations seront menées pour comprendre et modéliser ces phénomènes, fournissant des outils pratiques pour les ingénieurs en sécurité.
Simulation numérique polycristalline du comportement mécanique des gaines des crayons combustibles des réacteurs à eau pressurisée
Les crayons combustibles des réacteurs nucléaires à eau pressurisée sont constitués de pastilles d’oxyde d’uranium empilées dans des tubes en alliages de zirconium. En réacteur, ces matériaux subissent des sollicitations mécaniques conduisant à leur déformation irréversible. Afin de garantir la sureté et augmenter la performance des réacteurs, ces déformations doivent être modélisées et prédites de la façon la plus précise possible. De façon à encore améliorer la prédictivité des modèles, le caractère polycristallin de ces matériaux ainsi que les mécanismes physiques de déformation doivent être pris en compte. C’est l’objectif de cette étude qui consiste à développer un modèle numérique multi-échelle à base physique de la gaine des crayons combustible.
Le comportement mécanique des matériaux métalliques est généralement modélisé en considérant ceux-ci comme homogènes. Or, les phénomènes de plasticité cristalline à l’échelle des grains ainsi que le caractère polycristallin de ces matériaux pilotent au premier ordre leur comportement. Afin de prendre en compte leur caractère hétérogène, des modèles polycristallins, auto-cohérents en champ moyen, basés sur la théorie de l’homogénéisation des matériaux hétérogènes sont utilisés depuis de nombreuses années. Récemment, un modèle polycristallin, développé dans un cadre linéaire et isotherme, a pu être couplé à des calculs par éléments finis 1D axisymétriques pour simuler la déformation des gaines en réacteur. Un historique de chargement mécanique complexe, imitant les sollicitations subies par la gaine, a pu être simulé.
L’objectif de ce travail de thèse est d’étendre le domaine d’application de ce modèle notamment en l’appliquant à un cadre non-linéaire afin de simuler des sollicitations à forte contrainte, de l’étendre à des sollicitations anisothermes mais également de réaliser des simulations par éléments finis en 3D avec en chaque élément et chaque pas de temps une simulation par le modèle polycristallin. Ces développements théoriques et numériques seront finalement appliqués à la simulation du comportement des crayons combustibles en situation de rampe de puissance grâce à son intégration à une plateforme logiciel utilisée pour des applications industrielles. Cette approche permettra de mieux évaluer les marges disponibles pour faire fonctionner le réacteur de façon plus flexible, permettant ainsi de s’adapter à l’évolution du mix énergétique et cela en toute sécurité.