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Nos Thèses par thème

Physique de l'état condensé, chimie et nanosciences  >> Chimie physique et électrochimie
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Modèles sûreté/sécurité pour la charactérisation de la sécurité de dispositifs industriels

Département Systèmes (LETI)

Laboratoire Sécurité des Objets et des Systèmes Physiques

Master 2 Cybersecurié

01-10-2021

SL-DRT-21-0031

Cybersécurité : hardware et software (.pdf)

Les systèmes industriels sont souvent utilisés pour surveiller et contrôler un processus physique tel que la production et la distribution d'énergie, le nettoyage de l'eau ou les systèmes de transport. Ils sont souvent simplement appelés systèmes de contrôle de supervision et d'acquisition de données (SCADA). En raison de leur interaction avec le monde réel, la sécurité de ces systèmes est critique et tout incident peut potentiellement nuire aux humains et à l'environnement. Depuis le ver Stuxnet en 2010, ces systèmes font de plus en plus face à des cyberattaques causées par divers intrus, y compris des terroristes ou des gouvernements ennemis[1]. Comme la fréquence de ces attaques augmente, la sécurité des systèmes SCADA devient une priorité pour les organismes gouvernementaux[2]. L'un des principaux axes de recherche en cybersécurité des systèmes industriels porte sur la combinaison des propriétés de sécurité et de sûreté. La sécurité concerne les propriétés applicatives du système (par exemple, les propriétés chimiques d'une usine chimique), tandis que les propriétés de sécurité tiennent compte de la façon dont un intrus peut endommager le système. Comme le montre[3], la combinaison de la sécurité et de la sûreté est un sujet difficile car ces propriétés peuvent être dépendantes, renforçantes, antagonistes ou indépendantes. Comme le montre[4], la combinaison de la sécurité et de la sûreté dans une modélisation commune est un défi, car les deux viennent avec des sources d'explosion combinatoire. De plus, il existe des outils utilisés soit pour les analyses de sécurité, soit pour les analyses de sûreté, mais actuellement aucun outil n'est capable de traiter les deux aspects en même temps. Dans ce contexte, nous proposons une thèse de doctorat autour de la modélisation de systèmes industriels prenant en compte à la fois les propriétés de sécurité du procédé physique et les propriétés de sécurité. En plus de la définition d'un cadre ou d'un langage de modélisation précis, mais analysable automatiquement, de nombreux aspects peuvent faire partie du sujet. Par exemple, des fichiers de configuration d'automates programmables (API) pourraient être générés à partir de ce modèle afin de ne déployer que des programmes préalablement validés. Les vulnérabilités des automates peuvent être étudiées (reverse engineering de firmware, fuzzing de protocole) afin de tester la faisabilité technique des attaques trouvées. Enfin, dans un contexte de certification, les analyses de sécurité sur le modèle pourraient inclure des exigences de normes telles que CEI 62443[5] pour faciliter le processus d'évaluation.

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Attestation d'un temps écoulé dans un dispositif embarqué

Département Systèmes (LETI)

Laboratoire Sécurité des Objets et des Systèmes Physiques

bac+5 / M2 sécurité des systèmes embarqués, cyber-sécurité, cryptographie

01-10-2021

SL-DRT-21-0089

christine.hennebert@cea.fr

Cybersécurité : hardware et software (.pdf)

Avec l'émergence d'un protocole sécurisant un historique de transactions sur un réseau de pair-à-pair, Bitcoin a introduit en 2009 la première crypto-monnaie numérique et décentralisée. La sécurité du protocole Bitcoin s'appuie sur la preuve de travail et sur des règles et procédures communes aux pairs du réseau voulant participer au consensus, c'est-à-dire au choix du prochain bloc de données qui sera ajouté au ledger partagé et répliqué. La preuve de travail présente deux inconvénients majeurs. D'une part, elle assure la sécurité par construction en requérant des n?uds participants au consensus un travail dont l'intensité correspond au maximum de la loi de Moore, ce qui est évidemment très consommateur d'énergie. D'autre part, la parallélisation de ce processus de preuve avec une implémentation dans des ASICs rend le système vulnérable à des attaques de type Sybil en recentralisant les ressources. Cette vulnérabilité est exploitée par les pools de mining. Le présent sujet de thèse vise à construire une preuve destinée à l'embarqué et aux objets contraints en ressources, qui assure la sécurité d'un historique de transactions à faible consommation. Le travail se concentrera sur l'implémentation embarqué du mécanisme de preuve sur une plateforme de type « system-on-module » en s'appuyant sur une composant matériel de sécurité de type TPM 2.0 (Trusted Platform Module) comme racine de confiance (« root-of-trust »). La solution introduite devra être robuste aux inconvénients et vulnérabilités précités.

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Injection de fautes et Intégrité des réseaux de neurones embarqués : attaques, protections, évaluation

Département Systèmes (LETI)

Laboratoire Sécurité des Objets et des Systèmes Physiques

Intelligence Artificielle; Microélectronique; Systèmes embarqués

01-02-2021

SL-DRT-21-0159

pierre-alain.moellic@cea.fr

Data intelligence dont Intelligence Artificielle (.pdf)

Une des tendances majeures de l'Intelligence Artificielle aujourd'hui est le déploiement massif des systèmes de Machine Learning sur une multitude de plateformes embarquées. La majorité des fabricants de semi-conducteurs proposent des produits « compatibles A.I. », principalement pour des réseaux de neurones pour de l'inférence. La sécurité est un des grands freins au déploiement de ces systèmes. De nombreux travaux soulèvent des menaces aux impacts désastreux pour leur développement, comme les « adversarial examples » ou le « membership inference ». Ces travaux considèrent les algorithmes de ML selon un point de vue purement algorithmique sans prendre en considérations les particularités de leur implémentation matérielle. De plus, des études plus poussées sont indispensables sur les attaques physiques (side-channel et injection de fautes). En considérant une surface d'attaque regroupant les aspects algorithmiques et matériels, la thèse propose d'analyser des menaces de type Fault Injection Analysis (FIA) ciblant l'intégrité des modèles (tromper une prédiction) des systèmes EML et le développement de protections efficaces. Quelques travaux s'intéressent aux attaques physiques contre des réseaux de neurones embarqués mais avec des architectures très simples sur des microcontrôleurs 8-bit, ou FPGA ou en pure simulation. Ces travaux ne proposent pas encore des liens entre les modèles de fautes ou les fuites mises en évidence et les failles algorithmiques. En se basant sur l'expérience d'autres systèmes critiques (e.g., module cryptographique), la philosophie de la thèse sera de considérer conjointement le monde algorithmique et le monde physique pour mieux appréhender la complexité des menaces et développer des protections appropriées. La thèse s'intéressera aux questions scientifiques suivantes : (1) Caractérisation et exploitation de modèles de fautes : comment exploiter des disfonctionnements par injections de fautes (laser, EM ou glitch) pour tromper la prédiction d'un modèle de type réseau de neurones profond en minimisant la perturbation. (2) Evaluation des mécanismes de protections classiques : quel est la pertinence et l'efficacité des schémas de défenses classiques (e.g. mécanismes de redondances) pour ce type de systèmes et de menaces ? (3) Développement de nouvelles protections appropriées aux réseaux de neurones embarqués.

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Solution autonome de gestion des réseaux déterministes en utilisant les techniques de l'Intelligence Artificielle (IA)

Département Intelligence Ambiante et Systèmes Interactifs (LIST)

Laboratoire Systèmes Communiquants

01-02-2021

SL-DRT-21-0178

siwar.benhadjsaid@cea.fr

Réseaux de communication, internet des objets, radiofréquences et antennes (.pdf)

L'objectif de la thèse est d'étudier l'apport de l'Intelligence Artificielle (IA) dans le cadre de la gestion des réseaux déterministes afin d'assurer la préservation de la qualité de service (QoS) lors de l'acheminement des flux de données de bout-en-bout. Ceci permettra de concevoir une solution autonome de gestion des réseaux, capable de configurer les réseaux déterministes de la manière la plus appropriée et d'adapter la configuration selon le besoin (par exemple, nouveau terminal qui se connecte au réseau, forte latence inattendue pour certains flux critiques, changement de la topologie causé par la réorganisation/reconfiguration de composants de la chaine de production dans l'usine etc.). Cette solution utilisera les méthodes de l'intelligence artificielle pour apprendre par l'expérience les conditions qui amènent au non-respect des exigences des flux applicatifs (forte latence, faible bande passante?). L'apprentissage intervient pour reconnaitre, en amont, les situations pouvant amener le non-respect des contraintes des flux applicatifs et également prévoir les effets de modifications des données d'entrées (nouveau terminal, réorganisation de la topologie sous-jacente, etc.) sur les niveaux de QoS assurés aux flux en cours d'acheminement. En se basant sur une telle connaissance, la solution anticipera les situations de dégradation de la QoS et, en conséquence, mettra en place une reconfiguration du réseau déterministe pour préserver la QoS qui permettra de respecter les contraintes associées à chaque flux applicatif.

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Allocation de ressources distribuée pour des réseaux maillés d'utilisateurs mobiles en spectre partagé

Département Systèmes (LETI)

Laboratoire Sans fils Haut Débit

Ecole d'ingénieur/ Master2 informatique / télécom

01-09-2021

SL-DRT-21-0186

mickael.maman@cea.fr

Réseaux de communication, internet des objets, radiofréquences et antennes (.pdf)

Dans les futurs réseaux 5G, il sera important de pouvoir déployer et gérer facilement un réseau privé d'utilisateurs mobiles comme une flotte de véhicules ou de drones. L'objectif de cette thèse est de définir une allocation de ressources distribuée pour des réseaux maillés d'utilisateurs mobiles dans le spectre partagé grâce à une mise en commun de ressources (temps/fréquence) et au management efficace des faisceaux d'antennes directives. Alors que les études existantes portent principalement sur la maximisation des performances de réseaux maillés multi-beam de type backhaul statique, nous nous intéresseront à un apprentissage local/distribué collaboratif entre des utilisateurs mobiles. La première étape de cette thèse sera d'intégrer un modèle réaliste d'antennes directives sub 6-GHz et/ou mmW dans un simulateur réseau. Le premier objectif sera de faire un compromis entre la spatialité de la directivité, l'efficacité de l'antenne et la complexité de l'algorithme pour des communications point à point et point à multi-point. Le second objectif sera de contextualiser les fonctionnalités de l'antenne entre les phases de communication, de découverte ou de suivi. La seconde étape de cette thèse concernera le design du protocole d'allocation de ressources distribuée durant différentes étapes de la vie du réseau: le déploiement, l'auto-optimisation et l'auto-guérison. Un compromis sera fait entre le type et le temps de (re)configuration des antennes, la précision de l'alignement des faisceaux, le temps de cohérence du canal pour des utilisateurs mobiles (connectivité volatile) et le temps de convergence du protocole d'allocation.

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Conception automatique d'architectures matérielles sécurisées

Département Systèmes et Circuits Intégrés Numériques

Laboratoire Environnement de Conception et Architecture

Master 2 en cybersécurité

01-10-2021

SL-DRT-21-0190

caaliph.andriamisaina@cea.fr

Cybersécurité : hardware et software (.pdf)

Les systèmes embarqués sont de plus en plus omniprésents et interconnectés, ils sont une cible attrayante pour les attaques de sécurité. L'aspect sécurité devient ainsi de plus en plus important lors de la conception de ces systèmes dans la mesure où une vulnérabilité dans un système peut compromettre toute une infrastructure de systèmes connectés. Ainsi, chaque système contribue à la construction d'une chaine globale de confiance. En outre, étant donné la complexité croissante des applications qui fonctionnent sur ces systèmes, il devient de plus en plus difficile de répondre à tous les critères de sécurité (par exemple, le cloisonnement d'applications, l'authentification des systèmes, la protection des données secrètes et privées, la protection des communications). La conception de ces systèmes nécessite donc une analyse approfondie des différentes contraintes de sécurité auxquelles ils sont soumis en fonction d'un modèle de menaces associé à l'attaquant potentiel. Alors que les objectifs de conception extra-fonctionnelle tels que la performance, la consommation de puissance et la surface sont généralement bien pris en compte dès les toutes premières étapes de la conception des systèmes embarqués, la sécurité est encore généralement considérée à posteriori, ce qui conduit à des solutions de sécurité vues comme des ajouts au système initial. Cette approche de conception doit être repensée afin de développer des solutions intégrant la sécurité par construction et non plus comme un élément additionnel venant a posteriori ajouter certaines fonctions de sécurité. L'objectif de cette thèse est donc de prendre en compte les contraintes de sécurité en plus des contraintes de performance, de consommation de puissance et de surface lors de l'étape d'exploration de l'espace de conception (DSE) des architectures matérielles afin de générer automatiquement une architecture optimisée vis-à-vis de toutes ces contraintes. Cette étude débutera par une analyse des modèles de menaces notamment vis-à-vis des attaques matérielles et des contre-mesures existantes au niveau matériel. Un travail sur les méthodes permettant de modéliser et quantifier la sécurité dans le cadre d'une étape de DSE devra également être mené dans la mesure où il sera indispensable de bien caractériser les techniques et approches permettant de prendre en compte les besoins de sécurisation des systèmes. De cette étape, le candidat proposera un flot de DSE d'architectures matérielles prenant en compte les contraintes de sécurité, en plus des contraintes de consommation de puissance, de performance et de surface. Il s'agira de pouvoir analyser les compromis sécurité, surface, consommation et performance en fonction des spécifications des concepteurs à la fois au niveau fonctionnel et non fonctionnel. Ce flot sera ensuite appliqué à un cas concret de conception d'architecture matérielle afin de valider l'approche DSE développée. Les solutions développées devront, vis-à-vis de la contrainte sécurité, démontrer leur niveau de robustesse afin de garantir la sécurité des systèmes tout en respectant et optimisant les autres contraintes de conception.

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Preuve d'équivalence fonctionnelle de codes binaires dans le cadre de la sécurisation de programmes

Département Systèmes et Circuits Intégrés Numériques

Laboratoire Fonctions Innovantes pour circuits Mixtes

Master 2 informatique

01-10-2021

SL-DRT-21-0192

damien.courousse@cea.fr

Cybersécurité : hardware et software (.pdf)

La thèse se place dans le contexte de la cyber-sécurité des systèmes embarqués et des objets connectés, plus particulièrement de leur sécurisation contre les attaques physiques (attaques par canal auxiliaire et attaques par injection de fautes). Le CEA List développe une chaîne de compilation basée sur LLVM, COGITO, pour l'application automatisée de contre-mesures contre les attaques physiques. Deux éléments sont cruciaux pour renforcer la confiance dans la robustesse des contre-mesures appliqués dans les programmes binaires compilés : 1. la preuve de robustesse des contre-mesures mises en ?uvre, 2. la preuve que l'ajout de contre-mesures au programme cible n'en modifie pas la fonctionnalité. Cette thèse ciblera le deuxième point : pouvoir apporter des garanties formelles sur la conformité fonctionnelle d'un programme sécurisé. Notre approche visera à prouver l'équivalence fonctionnelle du programme sécurisé à un autre programme de référence. Nous utiliserons BINSEC (), une plate-forme open-source d'analyse de code binaire développée au CEA List s'appuyant sur l'état de l'art en matière d'analyse de code binaire et de méthodes formelles. La thèse se déroulera sur le centre de Grenoble du CEA, dans un environnement pluridisciplinaire : cyber-sécurité, conception logicielle et matérielle de circuits, intelligence artificielle, etc. Plusieurs séjours courts seront prévus pour assurer une étroite collaboration avec l'équipe de recherche qui travaille sur BINSEC, basée sur le centre de Saclay du CEA.

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Capteurs piézoélectriques souples & innovants pour interface tactile et acoustique - Capteurs multifonctions

Département Systèmes (LETI)

Laboratoire Autonomie et Intégration des Capteurs

Ecoles d'ingénieurs / Master 2 en nanotechnologies, physique du solide, expérimentation et simulations (COMSOL), ou mécatronicien avec des connaissances en électronique, architectures électroniques et programmation.

01-09-2021

SL-DRT-21-0205

elise.saoutieff@cea.fr

Systèmes cyberphysiques - capteurs et actionneurs (.pdf)

Le CEA a mis au point un nano capteur piézoélectrique apte à restituer des efforts mécaniques selon les 3 axes. Ce capteur est composé de nanofils de GaN obtenus par croissance organisée, lesquels présentent des propriétés piézoélectriques. Un des objets de la thèse est d'utiliser ce capteur pour former une matrice tactile et déformable via l'assemblage et l'intégration de plusieurs de ces capteurs dans un substrat souple. Cette surface tactile doit permettre ensuite de restituer les efforts/déformations appliqués en chacun de ses points via une structuration particulière de la surface et une électronique d'interrogation adaptée. Cette technologie a fait l'objet de plusieurs développements, dont une thèse, en interne CEA et avec des collaborations extérieures ; le candidat s'appuiera sur une électronique développée au laboratoire. Des efforts de compréhension et d'optimisation sont encore à poursuivre, notamment pour modéliser l'interaction entre les nanofils, la matrice et le substrat souple, l'ensemble étant sollicité par l'environnement extérieur. Pour cela le candidat pourra s'appuyer sur les compétences du laboratoire et sur des outils de simulations multi-physique mis à sa disposition. Les résultats de la modélisation permettront de dimensionner la matrice idéale (épaisseur du substrat, longueur des nano-fils, structuration de la surface, disposition des électrodes de collecte des charges?). A partir de ce dimensionnement, et à l'aide de l'équipe du laboratoire, il fabriquera un prototype qui permettra notamment de confronter les simulations avec les résultats expérimentaux. Les travaux proposés visent également à répondre à des questions fondamentales autour du couplage d'effets piézoélectriques avec les effets pyroélectriques, optique voir acoustique, intrinsèques au GaN. Les effets de la température ou du couplage piézoélectrique/pyroélectrique sur le comportement physique (et électronique) du capteur seront étudiés. Ces aspects pourront venir complémenter le modèle existant. De plus, de nombreux axes d'amélioration demeurent par l'utilisation de nouveaux matériaux qu'il conviendra de caractériser en vue de l'application (caractérisations structurale, mécanique, électrique, optique, thermique). Les applications visées sont typiquement la peau électronique pour la robotique, la mesure de textures, la reconnaissance de la forme des objets, les interfaces tactiles intégrant notamment la mesure d'effort multipoints et multi-directions et la mesure des efforts en glissement. De plus, la multifonctionnalité du capteur peut ouvrir la voie à de nouvelles applications innovantes.

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Architectures et circutis recepterus RF mmW large bande pour modulations innovants

Département Systèmes (LETI)

Laboratoire Architectures Intégrées Radiofréquences

Master recherche en RF et ou microelectronique

01-03-2021

SL-DRT-21-0216

joseluis.gonzalezjimenez@cea.fr

Réseaux de communication, internet des objets, radiofréquences et antennes (.pdf)

Les réseaux de télécommunication existants évoluent vers des besoins de très haute capacité et haut débit de communication qui nécessiteront des architectures d'émetteur-récepteur innovantes. Pour les liaisons de données sans fil dans le cadre des systèmes 5G et au-delà de la 5G des nouvelles solutions d'émetteurrécepteur seront nécessaires dans les 5 à 10 prochaines années pour pouvoir fournir des débits de données de l0irdre de 100Gb/s ou supérieurs en utilisant efficacement le large spectre disponible aux fréquences millimétriques (mmW). L'architecture traditionnelle des émetteurs-récepteurs qui a été utilisée dans le passé peut entraîner une consommation d'énergie trop importante ou tout simplement une performance insuffisante pour répondre à ce défi. L'institut de recherche LETI a mené des investigations au cours des dernières année dans le domaine des schémas de modulation et des architectures d'émetteurs-récepteurs novateurs afin de répondre aux défis liés a l'augmentation du débit susmentionné dans les environnements sans fil, compte tenu des limites imposées par les dispositifs électroniques existants nécessaires à la construction des émetteursrécepteurs. Actuellement, certaines solutions ont été proposées d'un point de vue théorique qui doivent être avancées afin de trouver une mise en oeuvre optimale avec les technologies de pointe pour la conception et la fabrication de circuits intégrés. Cette thèse s'inscrit dans la continuité de ces travaux précédents et explorera la mise en oeuvre pratique de circuits basés sur des schémas de modulation et des architectures innovantes pour des récepteurs mmW à haute vitesse, à large bande passante et à l'épreuve des imperfections.

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Espace d'adressage unifié pour calculateurs massivement parallèles

Département Systèmes et Circuits Intégrés Numériques

Laboratoire Systèmes-sur-puce et Technologies Avancées

Master 2 en informatique ou architetcure des ordinateurs

01-09-2021

SL-DRT-21-0248

christian.fabre1@cea.fr

Nouveaux paradigmes de calculs, circuits et technologies, dont le quantique (.pdf)

La généralisation d'une organisation hiérarchique des machines HPC en n?uds de plusieurs douzaines de c?urs de calculs interconnectés par un réseau de communication à haute performance a morcelé les systèmes d'exploitation et a complexifié fortement l'écriture des applications. La proposition d'une architecture de processeur 128 bit par la communauté RISC-V offre la possibilité de réinterpréter les concepts fondamentaux au vu de ces évolutions de fond de la structure des machines. Cette proposition offre notamment l'occasion de repenser l'adressage mémoire à l'échelle de toute la machine, et non localement au niveau de chaque n?ud. L'objet de cette thèse sera d'étudier les opportunités ainsi offertes, de proposer des stratégies de gestion d'un espace d'adressage 128 bits à l'échelle de la machine, et d'en évaluer la faisabilité technique, matérielle et logicielle, et les performances visées.

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Millimeter Wave Short Range RadCom

Département Systèmes (LETI)

Laboratoire Architectures Intégrées Radiofréquences

M.Sc Digital communication and signal processing Wireless integrated circuit and systems

01-09-2021

SL-DRT-21-0258

cedric.dehos@cea.fr

Réseaux de communication, internet des objets, radiofréquences et antennes (.pdf)

Les prochains dispositifs mobiles devraient embarquer des circuits d'émission réception en bande millimétrique leur permettant d'échanger des données à très haut débit à courte portée (quelques cm), en remplacement des cables et connecteurs. Leur très large bande passante pourrait être également mise à profit pour des applications de radar de proximité, reconnaissance de geste, identification biométrique ou interface homme-machine. L'objectif de cette thèse est d'investiguer la faisabilité d'une double modalité radar et communication pour ces architectures de transceivers en conservant leurs basse consommation et bas cout. L'architecture non-cohérente utilisée dans ces circuits pourrait évoluer afin d'intégrer une fonctionnalité radar basée sur des impulsions (IR-UWB) ou une modulation de fréquence (FM-CW), avec un impact différent sur les performances des systèmes radar et de communication. Le candidat devra dans une approche système proposer et évaluer différentes architectures radiofréquences compatibles avec du traitement radar et de l'algorithmie à faible complexité pouvant être intégrés dans un micro-controleur.

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Vérification formelle de la micro-architecture pour l'analyse des effets des injections de fautes et de la robustesse de contre-mesures

Département Systèmes et Circuits Intégrés Numériques

Laboratoire Environnement de Conception et Architecture

Master 2 recherche (cyber-sécurité ou architecture)

01-10-2021

SL-DRT-21-0276

Mathieu.Jan@cea.fr

Cybersécurité : hardware et software (.pdf)

La course sans fin vers l'accroissement des performances en moyenne des systèmes numériques engendre une augmentation perpétuelle de la complexité des architectures matérielles modernes. Ceci met en danger la conception de systèmes embarqués sécurisés via l'ouverture de nouveaux vecteurs d'attaques. Par exemple, la famille d'attaque de type Spectre a mis en lumière les problèmes que peuvent poser les mécanismes de spéculation d'exécution des architectures matérielles. Dans le contexte de cette proposition de thèse, nous considérons que plus l'architecture d'un processeur est complexe, plus la surface d'attaque par injection de fautes est importante. De telles attaques, mises en ?uvre par le biais de perturbations sur les circuit numériques, visent à exploiter la perturbation logique générée au niveau du calcul pour atteindre différents objectifs: réaliser une fuite d'informations, contourner des procédures d'authentification, réaliser une escalade de privilèges, etc. La modélisation des effets logiques d'une perturbation physique sur un système numérique a été étudiée en détails, mais cela reste toujours un défi d'en réaliser une modélisation précise. De plus, des travaux récents ont montrés que la prise en compte des fautes au niveau de la micro-architecture peut engendrer des phénomènes subtils, ouvrant des perspectives de recherche intéressantes quant à la modélisation et l'analyse de ces effets ainsi qu'à leur réduction. L'objectif de cette thèse est d'étudier l'apport d'une approche de modélisation formelle du matériel pour tout d'abord mieux comprendre les conséquences d'injections de fautes puis de vérifier l'efficacité des contre-mesures utilisées dans les systèmes embarqués sécurisés.

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Convertisseur DC/DC sans inductance

Département Systèmes (LETI)

Laboratoire Electronique Energie et Puissance

Ingénieur, BAC+5, Electronique, Electrotechnique, Automatique

01-10-2020

SL-DRT-21-0277

ghislain.despesse@cea.fr

Efficacité énergétique pour bâtiments intelligents, mobilité électrique et procédés industriels (.pdf)

La réduction des dimensions des convertisseurs de puissance actuels est essentiellement liée à la montée en fréquence de fonctionnement. Cependant, aujourd'hui, nous atteignons plusieurs limites dont celles relevant des composants magnétiques. Pour cause, l'énergie, qui peut être stockée par cycle dans une inductance, diminue drastiquement avec l'augmentation de la fréquence. Pour remédier à cette limitation, nous avons étudié une alternative au stockage magnétique : le stockage transitoire d'énergie sous forme mécanique par la mise en mouvement d'un résonateur piézoélectrique. Nos premiers travaux, qui sont des premières mondiales, nous ont permis de valider le principe pour des puissances allant de 1 à 100W. L'objectif de la thèse sera d'étendre le principe de conversion à d'autres variantes topologiques et notamment à une version isolée galvaniquement. Une grande partie du travail vise la mise au point du cycle électrique de commande qui doit permettre à la fois d'entretenir la résonance de la structure mécanique et d'effectuer des transferts de puissance électrique sans pertes. La mise en ?uvre de ce cycle nécessitera, en outre, la mise au point d'une électronique très basse consommation qui intègrera plusieurs mécanismes de synchronisation et de régulation pour assurer des commutations à zéro de tension, assurer l'entretien des oscillations et réguler la tension de sortie. Le candidat pourra s'appuyer sur l'expertise du laboratoire d'accueil dans le domaine de la conversion et de la piézoélectricité. La thèse se déroulera au CEA/LETI situé à Grenoble (laboratoire orienté microélectronique et microsystème), elle sera dirigée par Mr Ghislain DESPESSE du CEA et par Mr François COSTA du SATIE (laboratoire de physique appliqué et génie électrique rattaché à l'ENS Paris-Saclay).

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Robustesse et performances d'électrodes optimisées de cellules à oxyde solide

Département Thermique Biomasse et Hydrogène (LITEN)

Laboratoire Production d'Hydrogène

The student will have transversal competences in materials and/or mechanic of solids. Skills in modelling will be also appreciated.

01-10-2021

SL-DRT-21-0289

maxime.hubert@cea.fr

Solutions avancées pour l?hydrogène et les piles à combustible pour la transition énergétique (.pdf)

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, la durée de vie de cette technologie reste à ce jour insuffisante pour envisager son dépoilement industriel. En effet, la durabilité des SOCs est limitée 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, il est proposé dans cette thèse d'établir le lien entre la baisse des performances de l'électrode à hydrogène et son endommagement mécanique. Une fois le modèle validé sur des expériences originales, une analyse de sensibilité sera conduite et des recommandations seront émises pour des électrodes optimisées. Une ou deux solutions seront retenues et fabriquées pour une validation finale.

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Réseau de capteurs et edge AI basse consommation pour la maintenance prédictive

Département Systèmes (LETI)

Laboratoire Autonomie et Intégration des Capteurs

ingénieur ou master 2 Traitement du Signal, Machine learning, Programmation Embarquée

01-10-2021

SL-DRT-21-0312

vincent.heiries@cea.fr

Data intelligence dont Intelligence Artificielle (.pdf)

La maintenance prédictive est un enjeu majeur pour l'industrie du futur (industrie 4.0), permettant de maximiser les temps d'utilisation des pièces, d'augmenter la durée de vie des machines, de réduire les pannes ainsi que les temps d'immobilisation des équipements; avec à la clé, des gains économiques et environnementaux pour l'entreprise. La maintenance prédictive s'appuie sur des réseaux de capteurs placés sur les équipements à monitorer et sur des mécanismes d'apprentissages mettant en ?uvre de l'intelligence artificielle (Machine Learning). Ces capteurs sont aujourd'hui essentiellement filaires, ce qui rend leur installation complexe : passage de câbles, passage de murs, environnements tournants,? La solution idéale serait de disposer de capteurs communicants sans fil; se pose alors la question de leur autonomie énergétique, ce qui est l'enjeu de cette thèse. Ce sujet de thèse, qui s'inscrit dans la roadmap "Systèmes Cyber-Physiques" du Département Systèmes du CEA-LETI (Grenoble), aura pour objectif de développer un réseau de capteurs basse consommation sans fil permettant de surveiller les équipements industriels et d'anticiper leur défaillance. La thèse s'appuiera sur des solutions technologiques avancées mettant en ?uvre de l'intelligence artificielle embarquée (edge AI), du traitement de données provenant de différents capteurs (audio, vibrations) ainsi que de l'électronique basse consommation (hardware et firmware) notamment pour les aspects traitement de l'information et communication. L'intelligence artificielle est en plein essor avec des enjeux majeurs pour la santé, le transport, la protection de l'environnement ou encore l'industrie. Actuellement, les calculs sont majoritairement déportés sur des serveurs (couramment nommés cloud), ce qui nécessite la transmission complète des données mesurées par les capteurs (par ex. signal audio pour un microphone, ou vibrations pour un accéléromètre). Cette architecture est simple à déployer mais peu efficace du point de vue énergétique avec des serveurs de calcul surdimensionnés pour la plupart, et peu résiliente en cas de défaut de transmission des données. La tendance est donc à l'implémentation des algorithmes de traitement au plus proche des capteurs pour réduire les taux d'utilisation des systèmes de communication, décharger les serveurs de calcul en réduisant leur consommation énergétique et améliorer la résilience de ces réseaux de capteurs. Partant de ce constat, il reste à comprendre comment une tâche de traitement de données initialement réalisée par des serveurs sans contraintes d'alimentation et de puissance de calcul peut être déportée sur un réseau de capteurs à énergie disponible limitée et à puissance de calcul réduite (par ex. microcontrôleurs faible consommation). A cette fin, on pourra entre autre, mettre en ?uvre des méthodes utilisées dans le domaine du compressive sensing, et appliquer des algorithmes de machine learning dans un espace compressé. Le c?ur de la thèse portera donc sur la minimisation de la consommation énergétique hardware et firmware des systèmes électroniques embarqués implémentant de l'intelligence artificielle et visant l'application "maintenance prédictive pour l'industrie". Les questions de recherche et les innovations associées cibleront: (i) le développement d'architectures électroniques basse consommation (fonctions de réveil, ajustement de la fréquence de mesure,?), (ii) le développement et l'implémentation sur microcontrôleurs d'algorithmes de Machine Learning pour les fonctions capteurs (audio, vibrations, températures) et (iii) le développement et l'implémentation sur microcontrôleurs d'algorithmes de Machine Learning pour l'optimisation de l'énergie et de l'autonomie. Un dispositif électronique complet (hardware + firmware) mettant en ?uvre ces innovations et déployé en situation réelle est attendu pour la fin de la thèse.

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Etude de diodes SOI verticales pour la détection LWIR

Département d'Optronique (LETI)

Laboratoire d'Imagerie thermique et THz

Physique des semiconducteurs

01-09-2021

SL-DRT-21-0313

patrick.leduc@cea.fr

Photonique, imageurs et écrans (.pdf)

Les détecteurs thermiques non refroidis absorbent le flux infrarouge pour des longueurs d'onde de 7µm à 14µm. Cette bande spectrale correspond à une fenêtre de transmission atmosphérique et au maximum d'émission d'un corps noir à 300K, ce qui permet de mesurer des variations de température inférieures à 100mK dans la scène imagée. Le principe de fonctionnement des microbolomètres repose sur la mesure de température d'une membrane suspendue absorbant le flux infrarouge. Le transducteur thermique est l'élément sensible du microbolomètre qui détermine son rapport signal sur bruit et donc la performance du pixel bolométrique. La majorité des microbolomètres commerciaux utilisent une thermistance à base de silicium amorphe ou d'oxyde de vanadium pour son coefficient de température élevé (TCR=2-4%/K) et son faible bruit basse fréquence (bruit 1/f). L'objet de la thèse est l'étude d'une technologie en rupture pour la fabrication des microbolomètres. Contrairement aux filières classiques à thermistances, on se propose d'évaluer un transducteur thermique à base de diodes SOI verticales, qui permettra d'améliorer significativement la qualité d'image des détecteurs LWIR. Le sujet portera sur la caractérisation et la modélisation des performances d'un tel dispositif.

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Conception et fabrication de composants à base d'alliage de GeSn pour la détection de gaz

Département d'Optronique (LETI)

Laboratoire des Capteurs Optiques

école d'ingénieur ou master en physique fondamentale, physique du solide, optique, optoélectronique ou photonique.

01-10-2020

SL-DRT-21-0315

vincent.reboud@cea.fr

Photonique, imageurs et écrans (.pdf)

L'un des principaux défis actuels de la photonique sur silicium est d'obtenir un laser intégré technologiquement compatible avec les fonderies de la microélectronique. Les lasers à semi-conducteurs traditionnels utilisent des semi-conducteurs III-V qui ne sont pas acceptés dans les fonderies de silicium, contrairement aux semi-conducteurs du groupe IV. Le CEA Grenoble fait partie des rares laboratoires à avoir déjà fait la démonstration du laser à pompage optique dans l'infrarouge moyen dans les semi-conducteurs du groupe IV, à la fois en Ge et GeSn. Avec des hétérostructures en GeSn relaxé ou sous contraintes en tension et des puits quantiques en alliages silicium-germanium-étain (Si) GeSn, nous ciblons aujourd'hui le laser continu à température ambiante et la réalisation de s photodétecteurs moyen infrarouge en 200 mm. Pour atteindre l'effet laser à température ambiante, il faut améliorer le gain optique et optimiser le confinement des porteurs. Les améliorations nécessiteront de nouvelles configurations de puits quantiques et de hétérojonctions en germanium étain, en jouant sur les compositions atomiques et la déformation mécanique à l'échelle microscopique. Comme pour les lasers que nous avons déjà obtenus, les nouvelles couches de GeSn (Si) seront épitaxiées en 200 mm au CEA Leti, puis traitées par le candidat au doctorat dans des salles blanches de plus petite échelle. Les développements réalisés pour les sources lasers seront utilisés pour la réalisation des photodétecteurs. La thèse se déroulera au sein du Département Optique et Photonique dans le Laboratoire de Capteur Optique, qui est un leader mondial dans le développement et la fabrication de composants photoniques Silicium (ou CMOS) pour la détection de gaz dans l'infra-rouge. Les objectifs de la recherche consisteront : (i) A réduire le nombre de défauts cristallins dans les régions de gain GeSn, (ii) à concevoir des empilements de GeSn (Si) efficaces qui confinent à la fois les électrons et les trous, tout en offrant un fort gain optique (iii) à appliquer et contrôler la contrainte en tension dans les couches d'étain au germanium (iv) à évaluer le gain optique sous pompage optique et injection électrique, à différentes contraintes et niveaux de dopage (v) à concevoir et fabriquer des cavités laser à fort confinement optique (vi) à obtenir des lasers du groupe IV à base de germanium qui soient accordables et qui lase en continu. (vii) à tester les composants fabriqués (sources et photodétecteurs) dans des cellules de détection de gaz À plus long terme, ces lasers seront largement utilisés dans les dispositifs miniaturisés omniprésents de faible puissance pour la détection optique de gaz et la surveillance de l'environnement. Ce travail impliquera des contacts avec des laboratoires étrangers travaillant sur le même sujet dynamique.

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Outils de diagnostic et de pronostic des onduleurs et modules PV par des approches machine-learning économes en moyens de calcul

Département des Technologies Solaires (LITEN)

Laboratoire Systèmes PV

mathématiques ou science de l'ingénieur

01-09-2021

SL-DRT-21-0347

sylvain.lespinats@cea.fr

Energie solaire pour la transition énergétique (.pdf)

Contexte : Dans le contexte actuel de dérèglement climatique, la question de l'énergie est centrale aussi bien d'un point de vue sociétal que d'un point de vue politique ou économique. La production solaire, qui est une alternative renouvelable aux énergies carbonées, croit exponentiellement et il extrêmement probable que cette montée en puissance se poursuive dans les années qui viennent. Un des meilleurs moyens de faire baisser le coût financier et environnemental des centrales solaires est le diagnostic automatique qui permet de détecter et corriger les défaillances des centrales et ainsi augmenter leur rendement. Schématiquement, les centrales photovoltaïques sont constituées d'un assemblage de modules reliés à un onduleur. Les modules produisent du courant continu qui est transformé en courant alternatif par l'onduleur pour être transporté sur le réseau de distribution. Les défaillances et le vieillissement de ces deux équipements forment la principale source de défaillances non triviales. Par exemple, la durée de vie d'une centrale est généralement estimée à 20 ou 30 ans, alors que la durée de vie des onduleurs est approximativement de 10 ans. Il est très classique que le courant et la tension en amont et en aval de l'onduleur soient mesurées et suivies. Ces données sont en général complétées par des mesures météorologiques (irradiance et température en particulier). L'ensemble de ces données est cependant bien souvent sous-exploité. Dans le cas du comportement des modules, c'est entre autre lié au fait que les performances dépendent de différents facteurs très fortement corrélés (phénomènes journalier et saisonniers, conditions météos, position relative du soleil, interactions non-linéaires entre les différents modules, vieillissement continue, casse, etc). Dans le cas des onduleurs les difficultés sont majoritairement dues à la forte dépendance aux des conditions de fonctionnement et au niveau de bruit de la mesure largement supérieur au signal recherché (à l'image des problématiques rencontrées dans le cadre de la détection des ondes gravitationnelles par le projet LIGO). Objectif : Nous souhaitons prendre appuis sur ces données pour assurer un suivi plus fin des centrales photovoltaïques, diagnostiquer les défaillances et les anticiper. Pour cela, nous souhaitons nous appuyer sur, d'une part la très grande quantité de données, ce qui peut contrer le problème de signal sur bruit, et sur le machine-learning d'autre part pour isoler les différentes composantes explicatives. Dans un premier temps, les modules et onduleurs seront considérés séparément. Dans un second temps, nous considèrerons le système dans son ensemble. Par le passé, les laboratoire LSPV (CEA) et LAMA UMR 5127 (Université Savoie Mont Blanc) ont collaboré au développement de méthodes de réduction de dimensions. Ces méthodes (probablement à adapter) permettent d'explorer les jeux de données pour en extraire des comportements qui pourront être reliés aux modes de fonctionnement et des vieillissements variées. Cette étape permettra de définir des classes servant ensuite à la mise en place de méthodes de régression/classification. Ce travail de machine-learning devra permettre de proposer des outils de diagnostic suffisamment légers en coût de calcul pour être déployable sur les centrales. Profil souhaité : Nous cherchons un(e) étudiant(e) en mathématiques intéressé(e) par les applications dans le domaine de l'énergie renouvelable et de l'électronique ou un(e) étudiant(e) en sciences de l'ingénieur passionné(e) par les mathématiques. Une expérience en électronique n'est pas nécessaire, mais le candidat pourra être amené à faire des mesures en laboratoire sous la supervision d'électroniciens et de photovoltaïciens pour produire des données ou confirmer des comportements. Les outils utilisés pourront inclurent les méthodes de réduction de dimension, les statistiques (descriptifs et tests), l'analyse de séries temporelles, les SVM, les réseaux de neurones ou les méthodes tensorielles.

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Sources de temps optomécaniques

Département Composants Silicium (LETI)

Laboratoire Composants Micro-Capteurs

Le/la candidat/e sera en possession d'un Master 2/ Ecole d'ingénieur généraliste ou physique appliquée ; formation en nanotechnologies, optique ou télécom, physique des semi-conducteurs.

01-09-2021

SL-DRT-21-0351

marc.sansaperna@cea.fr

Réseaux de communication, internet des objets, radiofréquences et antennes (.pdf)

Les sources de temps (reference oscillators) sont des composants qui génèrent un signal à une fréquence très précise, habituellement à partir de la vibration d'un élément mécanique en résonance. Ces dispositifs sont aujourd'hui utilisés dans la grande majorité des circuits électroniques : un smartphone ou tablette, par exemple, peut contenir jusqu'à sept sources de temps. Cependant, l'arrivée de nouvelles technologies comme la 5G, les systèmes de conduite autonome dans les voitures ou bien certaines applications aérospatiales nécessitent des performances qui ne sont pas atteignables avec les technologies commercialement disponibles. Ainsi, le développement de sources de temps constituées de résonateurs micromécaniques (MEMS) en silicium à haute fréquence (1 ? 5 GHz aujourd'hui, plusieurs dizaines de GHz dans le futur) constitue une rupture technologique prometteuse. Cependant, la réalisation de tels dispositifs performants dans la gamme du GHz reste un défi, principalement dû à la difficulté de détecter avec précision des vibrations extrêmement faibles. Il s'agit donc d'utiliser ici une transduction optomécanique sur le même principe que les détecteurs d'ondes gravitationnelles, mais intégrée à l'échelle nanométrique ayant des sensibilités de détection extrêmes. Cette technique maintenant bien maîtrisée au Leti pourra être alliée à l'utilisation de matériaux piezoélectriques pour augmenter le signal disponible : des preuves de principe de ce concept ont été réalisées très récemment pour la recherche fondamentale mais il n'a jamais été appliquée jusqu'ici. Cette technologie semble pourtant le candidat idéal pour réaliser l'objectif de la thèse: l'implémentation d'une source de temps MEMS basée sur cette technologie optomécanique de rupture. La thèse se déroulera au laboratoire de micro-capteurs du CEA-Leti, en collaboration avec le laboratoire de composants radiofréquences. Le Leti est un pionnier dans le domaine de l'optomécanique et des matériaux piezoélectriques intégrés sur puce. Le doctorant travaillera en collaboration avec les équipes du Leti pour concevoir et dessiner le résonateur et son procédé de fabrication, sur la base de modèles analytiques et de simulations éléments finis. Ensuite, elle/il aura la possibilité de fabriquer ses dispositifs en salle blanche, et de les tester dans les laboratoires du Leti, afin de réaliser pour la première fois un tel démonstrateur. Le/la candidat/e sera en possession d'un Master 2/ Ecole d'ingénieur généraliste ou physique appliquée ; formation en nanotechnologies, optique ou télécom, physique des semi-conducteurs.

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Mémoires ferroélectriques ultra-basse consommation à base de HfO2 ferroélectrique: vers des matrices intégrables au noeud 28nm

Département Composants Silicium (LETI)

Laboratoire de Composants Mémoires

01-10-2021

SL-DRT-21-0362

laurent.grenouillet@cea.fr

Nouveaux paradigmes de calculs, circuits et technologies, dont le quantique (.pdf)

La découverte récente des propriétés ferroélectriques du matériau HfO2 déposé en couches minces génère actuellement un intérêt très fort dans la communauté scientifique. En effet cette découverte ouvre la voie à l'intégration de mémoires non volatiles ultra faible consommation au sein de n?uds technologiques les plus avancés. Très récemment, des résultats très prometteurs ont été présentés par notre groupe sur l'intégration de capacités ferroélectriques à base de HfO2 (FeRAM) dans le Back-End de circuits CMOS 130nm. L'objectif de la thèse sera d'optimiser les performances mémoires de ces FeRAM (cyclabilité, fenêtre mémoire, temps d'écriture et de lecture, tenue en température), de les intégrer au sein de matrices, et de montrer qu'il est possible de réduire leur dimension afin de les intégrer dans des n?uds technologiques avancés (28nm FDSOI).

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Amélioration du désassemblage par canaux auxilaires

Département Systèmes (LETI)

Laboratoire Sécurité des Objets et des Systèmes Physiques

Bac +5 Informatique ou Mathématique

01-09-2021

SL-DRT-21-0375

thomas.hiscock@cea.fr

Cybersécurité : hardware et software (.pdf)

Le désassemblage par canaux auxiliaires (ou Side Channel Based Disassembling, SCBD) consiste à retrouver le code exécuté par un microprocesseur à partir de phénomènes physiques produits par le circuit lors de son fonctionnement. La consommation de courant ou encore le rayonnement électro-magnétique sont particulièrement faciles à mesurer et très exploitables par ce type d'attaques. Avoir une fine caractérisation de ce type d'attaques est essentiel pour sécuriser les systèmes, notamment contre de la rétro-conception. Le laboratoire LSOSP est très actif sur le sujet et a notamment proposé une technique de reconstruction mono-bit très efficace sur des petit microcontrôleurs. L'objectif de cette thèse est de contribuer à l'amélioration des techniques de désassemblage par canaux auxiliaires. Nous chercherons notamment à prouver si ce type d'attaques peuvent être applicables à des processeurs plus complexes, comme ceux que l'on peut trouver sur un téléphone. Au cours de la thèse, nous chercherons donc à étudier finement les fuites de c?urs complexes et adapter des outils du machine learning pour extraire des informations à partir de mesures extrêmement bruitées. Au bout des trois ans, nous espérons avoir une meilleur vue de la faisabilité du désassemblage sur des c?urs complexes et également des réflexions sur des contremesures qu'il serait possible d'utiliser.

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Techniques de focalisation en champ proche dans les milieux inhomogènes aux fréquences millimétriques

Département Systèmes (LETI)

Laboratoire Antennes, Propagation, Couplage Inductif

Master electrical engineering / hyperfréquences

01-10-2021

SL-DRT-21-0378

antonio.clemente@cea.fr

Réseaux de communication, internet des objets, radiofréquences et antennes (.pdf)

Dans des multiples applications telles que le transfert d'énergie sans fil, l'imagerie micro-ondes, le contrôle industriel, etc., il est nécessaire de former, diriger ou encore focaliser le rayonnement électromagnétique dans une région spécifique de l'espace. Cette région peut se situer dans l'environnement proche de la surface rayonnante qui a généré l'onde électromagnétique. Dans ce cas, on parle de système focalisant en champ proche. Avec le développement des futurs systèmes de communication de type « Beyond 5G » et 6G, la nécessité de focaliser le faisceau en champ proche peut aussi s'appliquer dans le cas des surfaces intelligentes reconfigurables. Ces dispositifs, si dotés d'éléments reconfigurables, peuvent être utilisés pour manipuler les ondes électromagnétiques et contrôler de manière dynamique les propriétés du canal de propagation. Enfin, la focalisation en champ proche peut aussi être un élément différentiant pour le développement des futurs systèmes d'imagerie médicale qui nécessitent de former et diriger l'énergie dans corps humain afin de diagnostiquer, suivre et / ou soigner des pathologies spécifiques. Dans ce contexte, la focalisation en champ proche peut être utilisée pour améliorer la résolution du système d'imagerie en optimisant le transfert / transmission d'énergie. Le premier objectif de cette thèse est de développer des outils de synthèse, de conception et d'optimisation de systèmes focalisants en champ proche en milieux non homogènes. Ces techniques seront développées en considérant les propriétés électromagnétiques des milieux. La synthèse du champ d'ouverture se fera à partir de l'expansion modale du champ et de la théorie des potentiels vecteurs. Après cette phase, les procédures de synthèse et d'optimisation développées seront utilisées pour concevoir un système focalisant en champ proche opérant aux fréquences millimétriques et / ou sub-THz (30 ? 300 GHz). Ces antennes seront fabriquées et caractérisées en chambre anéchoïque. Des simulations système et / ou des mesures seront aussi faite pour analyser l'impact du système focalisant en champ proche.

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Imagerie sans lentille et intelligence artificielle pour un diagnostic rapide des infections

Département Microtechnologies pour la Biologie et la Santé (LETI)

Laboratoire Systèmes d'Imagerie pour le Vivant

Master 2 biologie, data intelligence

01-10-2020

SL-DRT-21-0380

caroline.paulus@cea.fr

Data intelligence dont Intelligence Artificielle (.pdf)

L'objectif de la thèse est de développer une technologie portable d'identification des pathogènes. En effet, dans un contexte d'extension des déserts médicaux et de recrudescence des infections antibiorésistantes, il est urgent de développer des techniques innovantes pour le diagnostic rapide des infections en milieu isolé. Parmi les techniques optiques d'identification des pathogènes, les méthodes d'imagerie sans lentille occupent une place particulière car elles sont les seules à l'heure actuelle à pouvoir proposer une caractérisation simultanée d'un grand nombre de colonies, le tout avec une technologie bas coût, portable et peu énergivore. L'objectif de la thèse est d'explorer les potentialités de l'imagerie sans lentille associée à des algorithmes d'intelligence artificielle pour identifier rapidement les colonies bactériennes présentes dans un liquide biologique. La thèse visera à optimiser le dimensionnement du système imageur (sources, capteurs) et à étudier des algorithmes de traitement d'images et d'apprentissage machine nécessaires pour l'identification des colonies. Deux cas d'applications cliniques seront étudiés.

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Conception multiphysique de modules à semiconducteurs de puissance haute tension pour la conversion des énergies renouvelables

Département des Technologies Solaires (LITEN)

Laboratoire Systèmes PV

Electronique de puissance, physique de matériaux diélectrique, simulation multiphysique

01-09-2021

SL-DRT-21-0387

jeremy.martin@cea.fr

Energie solaire pour la transition énergétique (.pdf)

La recherche et développement autour des semiconducteurs de puissance en carbure de silicium (SiC) a permis de développer des composants capable de bloquer des tensions jusqu'à 15 kV. Ces dispositifs permettent en outre des commutations à des vitesses très élevées (ex : 120 kV/µs pour un MOSFET SiC 10 kV ou encore 180 kV/µs pour un IGBT SiC 15 kV). Les performances de ces semiconducteurs sont exceptionnelles et permettent de réduire drastiquement les pertes par commutation par rapport à des équivalents en Silicium. La mise en ?uvre des ces interrupteurs est en revanche très délicate et fait appel à des méthodologies de conception multiphysique dans champs disciplinaires transversaux. De nombreux verrous scientifiques et technologiques restent toutefois à lever : - Minimisation des inductances parasites des modules de puissance (<5 nH) - Intégration de blindage CEM pour collecter les courant impulsionnels perturbateurs - Refroidissement des puces SiC donc la taille est très réduite par rapport à des équivalent en Si - Gestion des décharges partielles et matériaux diélectriques - Influence des dV/dt sur le vieillissement des matériaux (en DC à 50Hz, et en impulsionnel) - Phénomènes de réflexion (onde électromagnétique) ... Le travail proposé consiste à étudier et à développer une architecture de module de puissance innovante permettant la mise en ?uvre de puces SiC pour des systèmes pouvant atteindre 10 kV. Une équipe du CEA à Toulouse spécialistes du packaging 3D en forte puissance apporteront leurs compétences en technologies d'assemblage pour la réalisation de modules de puissance complexes. Les équipes du CEA sur le campus INES (Institut National de l'Energie Solaire) au Bourget du Lac (73) mettront à disposition leurs moyens de mesure et prototypage en haute tension ainsi que leurs connaissances en conception de module de puissance (simulation par éléments finis). Les chercheurs du laboratoire G2ELAB (Grenoble INP) spécialistes en refroidissement de modules de puissance et en science des diélectriques mettront à profit leur connaissances ainsi que leurs plateformes expérimentales.

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Neurones oscillants pour le calcul d'optimisation et la mémoire associative

Département Composants Silicium (LETI)

Laboratoire d'Intégration des Composants pour la Logique

Niveau M2, formation en micro/nanoélectronique (technologie et conception) - des connaissances théorique et pratiques des réseaux de neurones pour l'IA sont un avantage

01-10-2021

SL-DRT-21-0393

louis.hutin@cea.fr

Data intelligence dont Intelligence Artificielle (.pdf)

Les réseaux de Hopfield sont des réseaux de neurones récurrents qui permettent de réaliser des fonctions de mémoire associative. En soumettant leurs éléments à des fluctuations ajustables, ces réseaux peuvent également être adaptés à la résolution efficace de problèmes d'optimisation combinatoire NP-difficiles. De tels problèmes, dont la résolution exacte en temps polynomial est hors de portée de machines de Turing déterministes, trouvent des applications dans des domaines tels que les opérations logistiques, le design de circuits (e.g. placement-routage), le diagnostic médical, la gestion de réseaux intelligents (e.g. smart grid), la stratégie de management etc. Le sujet proposé s'inscrit dans le contexte de la recherche d'accélérateurs hardware pour l'intelligence artificielle. L'approche considérée en particulier porte sur le choix d'oscillateurs verrouillés en phase par injection (ILO: Injection-Locked Oscillators) pour réaliser la fonction du neurone. L'objectif sera la conception, la fabrication et la démonstration de réseaux de neurones binaires couplés par des poids synaptiques ajustables pour réaliser des fonctions de mémoire associative (ex: reconnaissance de forme) ou d'optimisation combinatoire (ex: coloration de graphe, partitionnement maximal,?).

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Synthèses et études de matériaux organiques chiraux pour le transport de charges dans les semi-conducteurs organiques

Département d'Optronique (LETI)

Laboratoire des Composants Emissifs

Physico-chimiste ou chimiste organicien avec de fortes connaissances en physique du semi-conducteur organique

01-10-2021

SL-DRT-21-0395

benoit.racine@cea.fr

Photonique, imageurs et écrans (.pdf)

La détection et la manipulation de l'état de polarisation de la lumière connaît actuellement un engouement scientifique important, du fait notamment de l'intérêt d'utiliser une lumière circulairement polarisée (LCP) dans de nombreux domaines d'importance sociétale tels que les technologies d'affichage, la transmission d'informations, la cryptographie, l'imagerie bio-médicale ou encore la détection de molécules chirales d'intérêt pharmaceutique. De part leur capacité à interagir spécifiquement avec une LCP et à moduler sa polarisation, les matériaux moléculaires chiraux s'imposent comme un élément de choix pour explorer ces applications innovantes et envisager de nouvelles potentialités en électronique organique. De plus, la propriété unique des molécules chirales à induire une sélectivité de spin électronique dans la conduction de courant électrique (CISS effect pour Chiral Induced Spin Selectivity) ouvre également des opportunités dans le domaine de la spintronique organique. En conséquence, la synthèse de semi-conducteurs chiraux pi conjugués innovants, présentant une modulation aisée de leurs propriétés physico-chimiques et l'intégration de ces matériaux dans des dispositifs optoélectroniques de type OLEDs, OPDs ou OFETs présente un intérêt aussi bien fondamental qu'applicatif. Le projet de thèse se fera en collaboration avec un laboratoire de chimie du CNRS et le laboratoire du CEA/LETI le LCEM spécalisé dans les semi-conducteurs organiques. L'étudiant de thèse aura pour objectifs de synthétiser des nouveaux transporteurs de charges organiques chiraux et de caractériser leurs propriétés photophysiques (d'absorption et d'émission) et opto-électronique. Les molécules les plus prometteuses seront intégrées dans des dispositifs OLEDs et OPDs. La partie synthèse et caractérisation photophysiques (spectromètre de dichroisme circulaire, spectromètre de luminescence non polarisée et circulairement polarisée, RPE, ?) seront réalisées au laboratoire de Chimie du CNRS (Institut des Sciences Chimiques de Rennes). L'intégration des molécules dans des dispositifs OLEDs et OPDs se fera au sein du laboratoire LCEM du CEA Grenoble où se trouve les équipements de dépôt (chambre PVD pour matériaux organiques) et les moyens de caractérisation opto-électronique (IVL, C(V), TLM, Photocourant, effet hall, ?).

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Étude, évaluation et validation des performances d'un système de mesure du bore par absorption neutronique

Département Métrologie Instrumentation et Information (LIST)

Laboratoire Capteurs et Architectures Electroniques

Master 2 ou diplôme d'ingénieur

01-10-2021

SL-DRT-21-0397

adrien.sari@cea.fr

La concentration en bore dans le fluide du circuit primaire d'un réacteur nucléaire doit être finement maîtrisée afin de garantir la sûreté de ce dernier. En effet, une excursion de la concentration en bore pourrait potentiellement entraîner un risque de criticité. Un système de mesure nucléaire en ligne ayant pour fonction de surveiller la concentration en bore dans le fluide primaire du réacteur est ainsi nécessaire. Un tel système est couramment dénommé « boremètre ». Le sujet de thèse proposé est constitué de trois axes de recherche. Le premier axe vise à étudier par simulation Monte-Carlo, puis conceptualiser et formaliser théoriquement le comportement des deux principaux critères de performances (taux de comptage et contraste) sous l'influence des différentes caractéristiques du boremètre. Le second axe de recherche a pour objectif d'évaluer et de valider expérimentalement l'interprétation des effets mis en jeu au sein du boremètre et les concepts théoriques formulés. Ces travaux expérimentaux feront l'objet d'une collaboration étroite avec le Laboratoire National Henri Becquerel (LNHB). Le troisième axe de recherche de cette thèse a pour ambition de concevoir un boremètre innovant destiné à mesurer la concentration en bore dans le fluide primaire au plus proche du c?ur du réacteur nucléaire. Un tel système permettrait d'identifier le plus rapidement possible une anomalie sur la valeur de la concentration en bore au niveau du c?ur du réacteur. Cependant, les contraintes imposées par un tel environnement de mesure devront être prises en compte, et une méthodologie de mesure adaptée sera élaborée. Différentes approches de compensation en température et en débit du fluide seront l'objet d'investigations poussées.

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Radiolocalisation Profonde en Milieux Complexes via Méthodes d'Intelligence Artificielle

Département Systèmes (LETI)

Laboratoire Communication des Objets Intelligents

Master 2 de Recherche en Traitement du Signal (application Telecoms) et/ou Intelligence Artificielle

01-10-2021

SL-DRT-21-0398

benoit.denis@cea.fr

Réseaux de communication, internet des objets, radiofréquences et antennes (.pdf)

Diverses technologies et standards de localisation sans fil à bas coût ont vu le jour ces dernières années (ex. standard UWB/IEEE802.15.4z, GPS RTK « low cost », radio cellulaire en bandes millimétriques...), couvrant ainsi les besoins d'une pluralité de nouveaux services topo-dépendants (ex. mobilité durable et transports intelligents, villes intelligentes, industrie 4.0, cyber-sécurité, etc.). Toutefois, en dépit des bonnes performances théoriques prêtées à ces systèmes, la présence d'obstructions radio et de trajets multiples dégrade en pratique considérablement la précision et la continuité de localisation (ex. localisation véhiculaire en canyons urbains, localisation indoor en milieux industriels denses?). Dans le cadre de cette thèse, on se propose d'évaluer le potentiel d'approches issues du domaine de l'intelligence artificielle, et en particulier de l'apprentissage automatique (profond), pour appréhender la richesse et la complexité des signaux radio reçus au regard du problème de localisation. Typiquement, on cherchera à tirer profit de l'information de localisation « cachée », que peuvent recéler les signaux multi-trajets conjointement observables au niveau de plusieurs liens radio en situation de mobilité. Contrairement aux traitements conventionnels, qui reposent majoritairement sur des modèles radio paramétriques posés a priori, simplistes et difficiles à calibrer, on cherchera alors à apprendre puis à généraliser les relations fortement non-linéaires unissant métriques radio (c.-à-d., de métriques extraites de signaux multi-trajets/multi-liens à grande dimension) et descripteurs de localisation (ex. position relative/absolue, vitesse, orientation, conditions de visibilité?). Des stratégies de localisation dites « profondes » seront ensuite proposées afin de prédire, corriger et compléter les attributs de localisation manquants et/ou erronés, directement en termes de positionnement et de poursuite au niveau système (c.-à-d., sans en passer par des étapes intermédiaires de correction, au niveau de chaque lien radio indépendamment). Les approches proposées seront alimentées et testées au moyen de larges bases de données radio, comprenant des mesures collectées sur le terrain à partir de dispositifs radio réels, ainsi que des données synthétiques issues de simulations déterministes (de type tracer de rayons).

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Calculs quantiques d'optimisation sur plateforme NISQ

Département Systèmes et Circuits Intégrés Numériques

Laboratoire pour la Confiance des sYstèmes de calcuL

M2R ou ingénieur avec connaissance en programmation et/ou optimisation

01-10-2021

SL-DRT-21-0400

stephane.louise@cea.fr

Nouveaux paradigmes de calculs, circuits et technologies, dont le quantique (.pdf)

Les processeurs quantiques actuels sont loin encore de ressembler à l'image idéalisée que pouvaient se faire les pionniers de l'algorithmie quantique : ils ont un mauvais rapport signal/bruit, ont un petit nombre de qubits et une interconnexion limitée qui complique encore la prise en main et la programmation. Cela ne signifie pas pour autant qu'ils sont seulement des prototypes sans utilité pratique. De fait ce type de systèmes de calculs quantiques aussi appelés NISQ d'après l'acronyme anglais "Noisy Intermediate Scale Quantum processors" (ou processeurs Quantiques Bruités de Taille Intermédiaire) sera l'avenir du calcul quantique pour les années qui viennent et pour le futur prévisible. De ce fait il serait de première importance de faire des investigations sur le type de calculs et d'algorithmes qu'on peut mettre en ?uvre sur ces machines, en particulier dans le cadre des problèmes d'optimisation. Une piste particulièrement intéressante est celle des algorithmes dits hybrides qui entrecroisent des parties quantiquement accélérées avec des calculs sur des ordinateurs standards. Dans le cadre de cette thèse, nous nous proposons de faire des recherches sur les limitations de ces premiers ordinateurs NISQ déjà accessibles de façon plus ou moins publique (soit sur simulateurs ou machines réelles) et comment les utiliser malgré ces limitations dans le cadre des algorithmes d'optimisation.

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Nouvelle couche physique millimétrique pour la 5G-NR IoT

Département Systèmes (LETI)

Laboratoire Communication des Objets Intelligents

Bac+5 / Master 2 Télécoms

01-10-2021

SL-DRT-21-0410

valerian.mannoni@cea.fr

Réseaux de communication, internet des objets, radiofréquences et antennes (.pdf)

Une nouvelle interface radio 5G doit être conçue, afin d'assurer une bonne fiabilité et un service de latence acceptable pour les cas d'utilisation de l'IoT qui ne sont pas encore traités par les technologies cellulaires actuelles. Cette nouvelle interface aérienne 5G fait l'objet d'une étude dans la version 17 du 3GPP et a été appelée NR_REDCAP (Reduced Capability NR devices). La capacité de faire fonctionner la NR-Light sur les bandes millimétriques est considérée comme nécessaire pour les applications industrielles 4.0 et pour les réseaux privés en raison de sa portée limitée et de sa forte réutilisation spatiale. L'objectif de la thèse de doctorat est donc de proposer et d'étudier une nouvelle couche physique opérant sur les bandes millimétriques pour la 5G-NR IoT répondant aux défis ci-dessus. Les résultats attendus sont les suivants : - Une meilleure compréhension des défis et des facteurs clés de la 5G-NR dans la bande millimétrique - Proposition d'une nouvelle couche physique pour le 5G-NR IoT avec le schéma MIMO associé - Proposition et étude du schéma d'accès multiple basé sur le MIMO - L'identification et l'évaluation des principaux outils/concepts de la 5G NR-Light dans la bande d'ondes millimétriques pour répondre à ces exigences et atteindre l'objectif de réduction de la complexité et des coûts des composants NR-Light tout en atténuant la dégradation des performances de cette réduction de la complexité, par exemple la dégradation de la couverture.

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Intégration d'interconnexions supraconductrices thermiquement isolantes pour applications quantiques et spatiales

Département Composants Silicium (LETI)

Laboratoire Packaging et 3D

Mater 2 en physique des matériaux, physiques des semi-conducteurs, microélectronique.

01-09-2021

SL-DRT-21-0411

jean.charbonnier@cea.fr

Nouveaux paradigmes de calculs, circuits et technologies, dont le quantique (.pdf)

Le projet Quantum Silicon Grenoble, incluant le CEA-LETI, CEA-IRIG et l'Institut Néel, vise à réaliser un ordinateur quantique à base de bits quantiques (qubits) en silicium. Les conditions de fonctionnement des qubits (températures cryogéniques = 1K, hautes fréquences de l'ordre du GHz, forte densité de signaux) nécessitent le développement de briques technologiques adaptées, en particulier, pour le routage des signaux d'entrée et de sortie des qubits vers une électronique de contrôle. Les métaux supraconducteurs sont des candidats idéaux pour remplir cette fonction de par l'annulation de leur résistance à basse température et leur faible conductivité thermique qui permet de protéger les qubits de l'échauffement généré par l'électronique de contrôle embarquée sur le même module. Le contexte est le même pour les applications de spectroscopes infra rouge embarqués sur les satellites. La thèse se contrera d'abord sur l'étude de matériaux supraconducteurs (Nb, NbN, TiN, TiNAl) en caractérisant leurs propriétés structurales, électriques et supraconductrice à basse température pour leur intégration dans une piste de routage et en plots multicouches. Elle se poursuivra, en étroite collaboration avec le CEA Irfu à Saclay, par la mise en place d'un protocole de mesure de conductivité thermique à basse température ainsi que par la conception et l'élaboration d'échantillons adaptés. L'objectif final sera de mettre à profit les connaissances acquises pour concevoir le système d'interconnexions supraconductrices du prototype de module quantique au sein de l'équipe.

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Apprentissage et quantification des réseaux profonds pour l'apprentissage par transfert

Département Systèmes et Circuits Intégrés Numériques

Laboratoire Intelligence Artificielle Embarquée

Master ou équivalent en apprentissage automatique, informatique, mathématique ou similaire

SL-DRT-21-0446

johannes.thiele@cea.fr

Data intelligence dont Intelligence Artificielle (.pdf)

Le « transfer learning » (apprentissage par transfert) est aujourd'hui une technique courante dans le domaine du « Deep Learning », qui utilise les paramètres appris d'un réseau générique (l'extracteur des caractéristiques) pour améliorer l'entraînement d'un autre réseau sur une tâche plus spécifique. Le réseau spécifique est ensuite optimisé pour les contraintes matérielles du cas applicatif. Au vue de la généricité des représentations de l'extracteur de caractéristiques, on se demandera s'il n'est pas possible d'optimiser ce dernier avant le transfert des paramètres, pour éviter que chaque utilisateur ait besoin d'effectuer cette optimisation lui-même. Dans ce contexte, la thèse aura les objectifs scientifiques suivants: - Utilisation des méthodes d'apprentissage « non-supervisées » (self-supervisées, faiblement supervisées, semi-supervisées) pour entraîner des extracteurs sur des grandes bases de données - Etudier comment les méthodes d'optimisation typiques (p.ex. quantification) peuvent être appliquées sur ces extracteurs d'une manière générique (non-spécifique à une tâche applicative) - Quantifier l'influence de ces optimisations sur la capacité de « transfer learning » par benchmarking et par des analyses théoriques (p.ex. théorie de la compression) Compétences : Master 2 (ou équivalent), apprentissage automatique (en particulier Deep Learning), programmation (Python, Pytorch, Tensorflow, C++), bonne connaissance de l'Anglais

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Apprentissage incrémental autonome et embarqué

Département Systèmes et Circuits Intégrés Numériques

Laboratoire Intelligence Intégrée Multi-capteurs

Traitement de signal, apprentissage automatique, programmation pour l'embarqué

01-09-2021

SL-DRT-21-0465

carolynn.bernier@cea.fr

Data intelligence dont Intelligence Artificielle (.pdf)

Le développement récent d'algorithmes d'apprentissage incrémental adaptés aux réseaux neuronaux profonds est une opportunité permettant d'imaginer de nouveaux capteurs intelligents déployés dans des milieux réels. En effet, la capacité de pouvoir perfectionner son apprentissage à un contexte spécifique de déploiement offre au capteur la possibilité de se personnaliser face à des variations lentes de la tâche à accomplir (ex : détection de différents types d'anomalies) ou encore d'apprendre de nouvelles tâches non prévues initialement (ex : détection de nouveaux types d'anomalies). Cette possibilité rendrait le capteur autonome de plus en plus pertinent. Une application possible pourrait être un imageur intelligent embarqué sur un robot de compagnie et dont la tâche serait de reconnaître les personnes. Celui-ci deviendrait capable de s'adapter aux changements de personnes à reconnaitre dans son environnement ou encore aux changements de décor qui pourraient survenir dans l'environnement. L'objectif de cette thèse est d'explorer les moyens par lesquels le capteur intelligent peut être rendu effectivement autonome dans son évolution sachant que les algorithmes d'analyse du capteur sont fortement contraints par leur contexte d'exécution embarqué. La fonction sera implémentée au travers d'un système avec deux modes, un toujours actif à l'écoute de l'environnement et un avec du calcul plus intensif et sporadique. Se pose la question de partitionner cette fonction sur ce type d'architecture, pour viser performance et efficacité énergétique Les défis à relever pour réaliser un tel système sont multiples : Une première difficulté est la réalisation de mécanismes de détection d'exemples qui sont en réalité de faux négatifs et d'autres qui correspondent à des classes nouvelles. Or, la détection de ces deux types d'exemples doit être exécutée sur la plateforme « Always-on », avec les contraintes d'implémentation associées. Une seconde difficulté concerne la phase de ré-apprentissage qui est exécutée sur la plateforme « On-demand ». Cette phase de ré-apprentissage doit prendre en compte la structure du modèle « Always-on » afin de le ré-entraîner avec de nouveaux exemples, ceci afin soit de faire lentement évoluer le contenu des classes apprises soit afin d'apprendre une nouvelle classe, mais sans oublier les anciennes. Le domaine applicatif visé par cette thèse étant nouveau, le ou la candidat.e devra être capable de garder une vision large sur le sujet et devra nécessairement adresser des domaines aussi variés que la compréhension d'un grand nombre de familles d'algorithmes d'apprentissage automatique et incrémental, la mise en ?uvre de différents algorithmes d'entraînement de modèles neuronaux et enfin les besoins matériels nécessaires à la réalisation de ces calculs dans un contexte embarqué.

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Hydrogénation de Liquid Organic Hydrogen Carrier par réduction électrochimique

Département des Technologies des NanoMatériaux (LITEN)

Laboratoire des technologies de valorisation des procédés et des matériaux pour les EnR

chimie/electrochimie

01-10-2021

SL-DRT-21-0471

vincent.faucheux@cea.fr

Solutions avancées pour l?hydrogène et les piles à combustible pour la transition énergétique (.pdf)

L'hydrogène est attendu comme le vecteur énergétique de demain du fait de la versatilité de ses moyens de production et d'utilisation. Néanmoins, son stockage reste aujourd'hui un défi technologique et scientifique majeur. Une alternative à la compression ou la liquéfaction de l'H2 - procédés énergivores et couteux - consiste à stocker et transporter l'hydrogène à pression atmosphérique et à température ambiante (via des infrastructures existantes) au moyen de molécules organiques liquides LOHC (Liquid Organic Hydrogen Carrier). Ces molécules peuvent subir des cycles réversibles d'hydrogénation/déshydrogénation en présence d'un catalyseur. Cette technologie permet donc d'acheminer l'hydrogène de son site de production (via l'électrolyse) vers son site d'utilisation grâce à l'utilisation de ces molécules liquides. Un frein au déploiement commercial de cette technologie réside dans l'efficacité énergétique de l'ensemble du processus et du coût des réacteurs d'hydrogénation/déshydrogénation. En effet, les réactions d'hydrogénation/déshydrogénation sont fortement exothermique/endothermique et nécessitent d'une part des températures relativement élevées et d'autre part des catalyseurs efficaces souvent à base de platinoïdes. Par ailleurs, l'étape d'hydrogénation nécessite au préalable de générer de l'H2 par électrolyse. La mise en place d'une hydrogénation directe de molécules LOHC à température et pression ambiante par électroréduction, permettrait de minimiser les besoins énergétiques liés à cette étape d'hydrogénation, et ouvrirait le champ d'application de cette technologie LOHC.

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Simulation et optimization d'une photodiode à avalanche (SPAD) couplée à un absorber Germanium

Département d'Optronique (LETI)

Laboratoire d'Imagerie sur Silicium

Physique du solide et simulations

01-01-2021

SL-DRT-21-0477

norbert.moussy@cea.fr

Photonique, imageurs et écrans (.pdf)

Les dispositifs optoélectroniques avancés tels que la diode à avalanche à photon unique (SPAD) sont maintenant largement utilisés dans les domaines de l'imagerie 3D, de l'assistance de caméra, de la télémétrie laser et de la proximité. La prochaine génération de SPAD sera consacrée à la télémétrie 3D en temps de vol et à la détection rapide des mouvements, notamment pour les LiDaR utilisés dans les voitures à conduite autonome. Le travail de thèse consistera à développer et exploiter des simulateurs développé à ST-Microelectronics pour les dispositifs optoélectroniques et plus spécifiquement, le SPAD à absorption séparée Ge. Dans ce type de capteurs, la lumière infrarouge est absorbée dans le germanium et les porteurs photogénérés sont transportés dans la zone d'avalanche en silicium pour l'amplification du signal. Une connaissance approfondie du transport entre les deux matériaux est fondamentale pour l'optimisation de l'appareil. Cela se fera par simulation et étalonnages des modèles. Tout d'abord, des simulations de processus d'implantation de dopage, mais aussi de déformation résiduelle dans la couche épitaxiale de Ge seront utilisées pour extraire des profils de dopage réalistes à insérer dans le code Monte Carlo (MC). Deuxièmement, en utilisant la simulation 3D de particules MC pour résoudre l'équation de transport de Boltzmann, le comportement temporel de différentes conceptions de dispositifs SPAD basés sur le Si et le Ge sera analysé statistiquement afin de réduire la 'gigue' et d'améliorer la probabilité de détection des photons. La technique MC est un outil unique pour analyser les trajectoires de particules uniques ainsi que l'évolution temporelle des courants et des tensions aux bornes du dispositif.

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Recyclage des polymères fluorés contenus dans les nouvelles technologies pour l'énergie (NTE)

Département des Technologies des NanoMatériaux (LITEN)

Laboratoire des technologies de valorisation des procédés et des matériaux pour les EnR

Master 2 sciences des matériaux, chimie

01-10-2021

SL-DRT-21-0502

emmanuel.billy@cea.fr

Energie verte et/ou décarbonnée dont bioprocédés et valorisation des déchets (.pdf)

Les polymères fluorés sont aujourd'hui très largement utilisés pour leur propriété de résistance mécanique et chimique et leur durabilité. Les polymères sont incontournables dans le champ des NTE comme les piles à combustible à membrane échangeuse de protons (membrane Nafion dans les PEMFC), les batteries (PVDF aux électrodes), ou les panneaux photovoltaïques (EVA à l'interface verre cellule). Avec l'avènement des technologies décarbonées la question du recyclage est devenue centrale pour la mise sur le marché de ces technologies. Historiquement, les procédés de recyclage ont été conçus pour le traitement de différentes technologies et le traitement de grands volumes. Ceci a conduit à la mise en place de procédés pyrométallurgiques (haute température) qui sont robustes, mais destructifs et non sélectifs. Dans un contexte contraint par les enjeux stratégique, législatif (taux de recyclage) et environnementaux, il est nécessaire de recycler « plus » et « mieux ». Cette thèse vise à la recherche de nouvelles voies humide ou sèche pour le traitement de composés fluorés. L'utilisation des liquides ioniques pour la solubilisation des polymères sera une voie privilégiée. Leurs propriétés physico-chimiques intrinsèques (pas ou très peu volatils, inflammables et durables), en font des candidats tout désignés pour surmonter les problématiques de sécurité et d'environnement. Le travail de thèse s'articulera en 3 volets. Dans un premier temps, un état de l'art sera réalisé pour l'évaluation des procédés conventionnels et des milieux pour le traitement des composés fluorés. L'état de l'art se resserrera sur les polymères fluorés utilisés dans le champ des nouvelles technologies pour l'énergie (NTE). Une seconde partie traitera de la chimie des polymères et des solvants pour satisfaire à la mise en solution et récupération des polymères par voie humide et sèche. Une troisième partie à caractère fondamental, visera à lier les résultats macroscopiques aux évolutions structurales des polymères.

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Diminution du coût énergétique de la capture du CO2

Département des Technologies des NanoMatériaux (LITEN)

Laboratoire Micro-Sources d'Energie

Master or Engineering degree in Chemistry or Materials Science

01-10-2021

SL-DRT-21-0503

arthur.roussey@cea.fr

Energie verte et/ou décarbonnée dont bioprocédés et valorisation des déchets (.pdf)

La réduction des émissions de CO2 est l'enjeu majeur de notre génération. La transition énergétique vers des sources bas carbone prendra du temps et la capture du CO2 aux sources d'émission ou directement depuis l'atmosphère est une solution de mitigation en fort développement. La capture du CO2 est un procédé cyclique, mettant en jeu une étape de piégeage, suivi d'une étape de régénération pendant laquelle un flux contenant un pourcentage élevé de CO2 est obtenu, puis stocké. Le coût de la capture du CO2, notamment dans le cas de la capture depuis l'atmosphère (~400 ppm), est très élevé (100-400?/tCO2),[1],[2] ce qui est en grande partie dû au coût énergétique élevé de l'étape de désorption et régénération du piège (~1500 kWh/tCO2). L'objectif de la thèse sera de synthétiser de nouvelles polyamines et d'étudier leurs interactions avec le CO2 et l'eau, avec pour objectif de réduire diminuer significativement le coût énergétique de la capture du CO2 et d'améliorer la stabilité thermique des sorbents. [1] K. Z. House, A. C. Baclig, M. Ranjan, E. A. van Nierop, J. Wilcox, et H. J. Herzog, « Economic and energetic analysis of capturing CO2 from ambient air », Proc. Natl. Acad. Sci., vol. 108, no 51, p. 20428, déc. 2011. [2] M. Fasihi, O. Efimova, et C. Breyer, « Techno-economic assessment of CO2 direct air capture plants », J. Clean. Prod., vol. 224, p. 957-980, juill. 2019.

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Qualification et quantification des défauts de surface du Gan, InGaN et AlGaN

Département d'Optronique (LETI)

Laboratoire des Composants Emissifs

Physique des semiconducteurs / Optoélectronique

01-09-2021

SL-DRT-21-0515

David.Vaufrey@cea.fr

Les µLED à base de GaN semblent prometteuses pour les applications de type réalité augmentée (AR) ou réalité virtuelle (VR). En effet, elles permettraient de réaliser des écrans avec des résolutions et des luminances jusqu'alors non atteintes. Mais ces µLED souffrent d'un chute d'efficacité en comparaison de leur s?ur de plus grande taille. Une explication communément admise à cette chute d'efficacité réside dans l'existence de nombreux défauts de surface induit par la gravure de singularisation des pixels. Plus les dimensions de la LED sont réduites, plus les défauts jouent un rôle important dans le comportement électro-optique. Leurs présences, s'ils sont peu profonds, peuvent faciliter l'injection électrique, en revanche s'ils sont profonds, contribuent à la dégradation des performances de composants de type LED par exemple. Le présent sujet de thèse vise à quantifier et qualifier les défauts de surface dans le GaN, l'InGaN et l'AlGaN qui composent les µLED à base de GaN. La ou le thèsard(e) devra réaliser par lui-même toutes les étapes de réalisation de nouveaux composants nécessaires à l'étude, débutant par la conception des masques de photolithographie, la réalisation de toutes les étapes technologiques et finalement des caractérisations électro-optiques tels que par exemple DLTS (Deep Level Transient Spectroscopy), DLOS (Deep Level Optical Spectroscopy) ou photocourant. A l'issue, la ou le thèsard(e) devra identifier les défauts de surface les plus limitant pour l'efficacité des LED et les plus favorables à l'injection de porteurs électriques. La thèse se déroulera en étroite collaboration avec Ph Ferrandis (directeur de thèse) de l'institut Néel, N. Rochat (co-encadant) du CEA Leti (PFNC Plateforme Nano Caracterisation) et David Vaufrey (encadrant) du CEA Leti (LCEM Laboratoire Composant Emissif). La bourse de thèse serait intégralement financée par le CEA Leti de Grenoble pour une durée de 3 ans.

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Analyse prédictive, synthèse et validation de catalyseurs non nobles pour une décomposition efficiente de NH3 à plus basse température

Département des Technologies des NanoMatériaux (LITEN)

Laboratoire des technologies de valorisation des procédés et des matériaux pour les EnR

chimie fondamentale/materiau

01-10-2021

SL-DRT-21-0523

jerome.delmas@cea.fr

Solutions avancées pour l?hydrogène et les piles à combustible pour la transition énergétique (.pdf)

L'hydrogène est attendu comme le vecteur énergétique de demain du fait de la versatilité de ses moyens de production et d'utilisation. Néanmoins, les solutions actuelles de stockage (hyperbare, H2 liquide, ?) présentent toutes certains inconvénients (coût, besoin en énergie, pertes par diffusion ou ébullition). Dans ce contexte, différentes alternatives existent parmi laquelle l'ammoniac. L'ammoniac présente des atouts indéniables pour le stockage d'H2 avec des densités énergétiques volumiques (108 kg H2/m3 NH3 à 20°C-8,6bar) et massiques (17.8%wt H2) élevées et des infrastructures existantes pour sa distribution. Par ailleurs son utilisation soit sous forme de NH3 soit sous forme d'H2 après décomposition permet d'envisager l'ammoniac pour de multiples applications. Sa décomposition est endothermique et une température élevée (> 700°C) est nécessaire pour assurer sa décomposition avec des cinétiques élevées. Cette température implique un vieillissement accéléré des catalyseurs et a un impact fort sur la tenue mécanique des réacteurs dans le temps. Développer des catalyseurs permettant la décomposition efficace (cinétique, coût) de NH3 à plus basse température, sur la base d'une approche théorique et expérimentale, permettrait de participer au développement de technologies NH3.

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Apport du calcul en mémoire pour des applications sporadiques en environnement extrême

Département Systèmes et Circuits Intégrés Numériques

Laboratoire Fonctions Innovantes pour circuits Mixtes

BAC+5 Electronique : Diplome d'ingénieur et/ou Master de recherche

01-10-2020

SL-DRT-21-0529

jean-frederic.christmann@cea.fr

Nouveaux paradigmes de calculs, circuits et technologies, dont le quantique (.pdf)

Dans le contexte de l'Internet des Objets, les applications sont souvent sporadiques et les conditions de fonctionnement des systèmes difficiles. La réduction de la consommation des plateformes embarquées permet d'augmenter l'autonomie de tels systèmes ou d'améliorer leurs fonctionnalités. Pour cela, ce sujet aborde la conception d'un composant mémoire capable de réaliser des calculs complexes directement en mémoire afin de réduire fortement les échanges de données avec le processeur et de réduire la consommation énergétique associée. Ce composant sera conçu en logique asynchrone, solution naturelle pour de telles applications et qui offre des opportunités d'optimisation forte dans son implémentation physique. La description d'un tel composant, sa validation par simulation, son implémentation physique et la caractérisation de ses performances constituent les étapes importantes de ces travaux de thèse. La fabrication d'un circuit intégrant les propositions faites dans le cadre des travaux pourra également être envisagée et permettra de valider l'approche choisie dans un contexte réel.

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Système optofluidique pour le suivi d'un organoide sur puce

Département Microtechnologies pour la Biologie et la Santé (LETI)

Laboratoire Chimie, Capteurs et Biomatériaux

01-10-2021

SL-DRT-21-0534

charlotte.parent@cea.fr

Technologies pour la santé et l?environnement, dispositifs médicaux (.pdf)

Le contexte de la thèse concerne la culture et le suivi d'organoïdes sur puce. Ces nouveaux modèles cellulaires 3D offrent l'opportunité d'étudier in vitro les mécanismes fondamentaux à l'?uvre dans les tissus et de développer des thérapies innovantes. L'objectif est de développer un nouveau système microfluidique intégrant une lecture optique simple, robuste et compact pour le suivi in situ de l'évolution du sécrétome pendant la phase de culture en choisissant comme modèle la culture d'ilots de Langherans. Ces cellules, formant le pancréas sont au coeur de la recherche thérapeutique contre le diabète. Pour atteindre notre objectif, nous proposons de combiner deux approches au sein d'une puce microfluidique : une puce de capteurs à cristaux photoniques compatibles avec une lecture optique sans lentille (LED + CMOS), et une technologie microfluidique intégrant une membrane élastique actionnée pneumatiquement. Les verrous principaux concernent la sensibilité des capteurs, l'intégration de la puce optique et le prélèvement des aliquots sans perturbation de l'organoïde. La thèse se déroulera dans deux laboratoires complémentaires : le CEA-LETI (microfluidique, technologie), et l'INL (capteurs photoniques). S'agissant d'un sujet pluridisciplinaire, nous recherchons un candidat avec des solides bases en physique et /ou sciences des matériaux et qui pourra s'approprier facilement les aspects biologiques et microfluidique (formation ingénieur ou master en biophysique).

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Techniques de fuzzing pour le support aux analyses statiques de sécurité

Département Ingénierie Logiciels et Systèmes (LIST)

Laboratoire pour la Sûreté du Logiciel

Master/Ingénieur en Informatique

01-10-2021

SL-DRT-21-0557

michael.marcozzi@cea.fr

Cybersécurité : hardware et software (.pdf)

Garantir la sécurité numérique est un enjeu crucial. Dans ce contexte, les analyses statiques et le fuzzing sont des approches populaires permettant de détecter les vulnérabilités logicielles directement au niveau binaire. Ces deux approches sont complémentaires: les analyses statiques peuvent soit fournir des garanties que le programme est sûr, soit signaler des exécutions de programme potentiellement dangereuses. Au contraire, le fuzzing ne peut fournir aucune garantie stricte sur la sécurité du programme, mais est capable d'identifier à coup sûr des exécutions qui présentent une vulnérabilité. Dans cette thèse, nous utiliserons donc le fuzzing pour confirmer les rapports de vulnérabilité issus de l'analyse statique. Cela nous demandera de développer un fuzzer capable de cibler les exécutions potentiellement non sécurisées identifiées par l'analyseur statique. Ceci est assez complexe car le fuzzing ciblé est un domaine difficile et peu recherché. De plus, les analyseurs statiques fournissent des descriptions assez vagues des exécutions potentiellement vulnérables, ce qui rend la tâche du fuzzer encore plus compliquée. Pour surmonter ces défis, nous profiterons de solutions éprouvées dans les domaines du test basé sur la recherche et des critères de couverture avancés, et qui sont sous-exploitées dans le domaine du fuzzing. Le fuzzer développé sera évalué à grande échelle dans des cas d'utilisation réels et nous déterminerons dans quelle mesure il permet une meilleure prioritisation et une élaboration plus précise des rapports de vulnérabilité. Enfin, nous fournirons des éléments de généralisation, afin de rendre le fuzzing ciblé plus facilement adaptable à d'autres problèmes partageant des similitudes avec la confirmation de rapports de vulnérabilité.

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Sécurité du code et spéculations

Département Ingénierie Logiciels et Systèmes (LIST)

Laboratoire pour la Sûreté du Logiciel

M2 en informatique. Spécialisation en méthodes formelles, sécurité ou compilation

SL-DRT-21-0559

sebastien.bardin@cea.fr

Cybersécurité : hardware et software (.pdf)

Nous considérons le cadre général de l'analyse automatique de programmes pour la sécurité. Tandis que les attaques standards profitent de bugs de programmation (ex : débordement mémoire et injection de code), les récentes attaques micro-architecturales profitent elles de comportements subtiles des microprocesseurs, typiquement les comportements spéculatifs, afin de récupérer des données sensibles. Ces vulnérabilités sont très difficiles à trouver pour un expert humain, car elles demandent de raisonner à un très bas niveau de code, sur des comportements non naturels. Le but de ce sujet de thèse est de comprendre comment les techniques avancées d'analyse de code pour la sécurité (notamment, l'exécution symbolique) peuvent être adaptées au cas des attaques micro-architecturales par spéculation, avec en ligne de mire la vérification et la sécurisation de primitives de sécurité essentielles dans les librairies cryptographiques et dans les systèmes d'exploitation. Les défis principaux sont la compréhension de la sémantique par spéculation, la compréhension des propriétés de sécurité impliquées, et finalement la conception de techniques de vérification capables de passer à l'échelle pour les attaques spéculatives. Ces résultats seront implémentés dans l'outil open-source BINSEC d'analyse de code binaire.

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Développement de pixels sensible à la polarisation

Département d'Optronique (LETI)

Laboratoire d'Imagerie sur Silicium

Formation solide en physique, fort intérêt pour la nanophotonique, la science des matériaux, la simulation numérique et les études expérimentales

01-10-2021

SL-DRT-21-0588

quentin.abadie@cea.fr

Pour certains marchés de production de masse (automobile, contrôle industriel, cartographie de profondeur etc?), des pixels sensibles à la polarisation pourraient être utiles. Le doctorat abordera ce domaine et pèsera les avantages et les inconvénients des solutions actuelles. Se différenciant des capteurs de polarisation actuellement sur le marché, qui intègrent des grilles métalliques sur les pixels, le projet de thèse vise à explorer de nouveaux designs et process de micro/nano-optiques intégrées pour améliorer les performances.

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Développement de détecteurs de photons uniques supraconducteurs et de circuits de réception pour les communications quantiques

Département d'Optronique (LETI)

Laboratoire d'Intégration Photonique sur Silicium

Master 2 ou école d'ingénieur physique,electronique, photonique

01-10-2021

SL-DRT-21-0605

segolene.olivier@cea.fr

Photonique, imageurs et écrans (.pdf)

Le traitement quantique de l'information devient un enjeu majeur pour notre société avec le développement d'ordinateurs quantiques, capables de résoudre des problèmes complexes bien plus rapidement qu'un ordinateur classique, et de communications quantiques offrant une sécurité absolue, non vulnérable à la puissance de calcul. Le développement de technologies intégrées est essentiel pour pouvoir déployer des systèmes quantiques compacts et à faible coût à grande échelle. Le CEA-Leti a développé depuis plusieurs années une plateforme de photonique sur silicium permettant de fabriquer des composants et circuits intégrés pour des applications diverses comme les telecom/datacom, les lidars et plus récemment les communications quantiques. L'objectif de cette thèse est dans un premier temps de concevoir, fabriquer en salle blanche et caractériser une nouvelle génération de détecteurs quantiques supraconducteurs intégrés sur silicium, capables de détecter des photons uniques avec une efficacité supérieure à 90%. Dans un second temps, ces détecteurs seront ensuite intégrés dans des circuits de communications quantiques sécurisées. Cette thèse bénéficiera de collaborations avec des laboratoires de recherche fondamentale en France et en Europe.

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Hub de puissance à haut rendement pour la transition énergétique

Département Systèmes (LETI)

Laboratoire Electronique Energie et Puissance

Ecole d'ingénieur électronique de puissance, automatique, mathématiques appliquées

01-10-2021

SL-DRT-21-0609

sebastien.carcouet@cea.fr

Efficacité énergétique pour bâtiments intelligents, mobilité électrique et procédés industriels (.pdf)

Ce sujet de thèse adresse les développements scientifiques nécessaires pour concevoir un hub énergétique domestique permettant en un seul équipement d'électronique de puissance, de gérer l'ensemble des flux énergétique d'une habitation voir d'un petit collectif : production photovoltaïque (?), stockage y compris via son véhicule électrique (V2G), échange avec le réseau (smart grid), etc. Des travaux sur des topologies avancées de convertisseur haute fréquence à très fort rendement ont déjà fait l'objet de travaux au CEA mettant en ?uvre des composants GaN notamment. Le CEA propose donc d'aller plus loin étudiant la possibilité de couplage de sources d'énergie ou récepteurs divers par un seul et même convertisseur. La conception du convertisseur sera réalisée avec une approche de type « model based design ». Cette approche repose sur des outils de simulation et de test permettant un développement système efficace. La finalité de l'étude sera l'implémentation des lois de commande sur un prototype développé au laboratoire.

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Mélanger l'intuition au raisonnement - L'apprentissage profond amélioré avec la logique algorithmique et l'abstraction

Département Ingénierie Logiciels et Systèmes (LIST)

Labo.conception des systèmes embarqués et autonomes

Master Informatique, spécialisation / initialisation en IA ou Data Engineering recommandée mais pas obligatoire

01-03-2021

SL-DRT-21-0617

shuai.li@cea.fr

Data intelligence dont Intelligence Artificielle (.pdf)

Dans la discipline de l'apprentissage par machine, l'apprentissage profond, basé sur les réseaux de neurones, est une sous-discipline qui a pris de l'importance grâce à de nombreux succès significatifs. Contrairement au raisonnement machine classique, la méthode statistique par laquelle un réseau de neurones résout un problème peut être vue comme une forme primitive d'intuition. Cependant, actuellement le seul succès réel de l'apprentissage profond est sa capacité auto-configurer sa logique géométrique qui lui permet de transformer des données représentées par des points dans une dimension n, en des données représentées par d'autres points dans une dimension m, si on fournit suffisamment de données d'entraînement. Contrairement à un être humain, un réseau de neurones n'a pas la capacité de raisonner à travers la logique algorithmique. De plus, même si les réseaux de neurones sont extrêmement puissants pour une tâche donnée, puisqu'ils n'ont pas la capacité de généralisation globale, toute déviation dans les données d'entrée entraînerait des résultats surprenants, ce qui limite leur réutilisabilité. Avec le coût de développement important des réseaux de neurones, on comprend dès lors que leur intégration n'est pas toujours économiquement viable. C'est pourquoi il est nécessaire de les abstraire, encapsuler, réutiliser, et composer. Même s'ils sont absents de l'apprentissage profond, la logique algorithmique et l'abstraction sont aujourd'hui innées à l'ingénierie logicielle classique, à travers des primitives de programmation, des paradigmes d'architecture logicielle, et des patrons méthodologiques matures comme l'Ingénierie Dirigée par les Modèles. C'est pourquoi, dans cette thèse, nous proposons de mélanger l'intelligence algorithmique réutilisable, offrant la capacité de raisonner, avec l'intelligence géométrique réutilisable, offrant la capacité à l'intuition. Pour atteindre cet objectif, nous pouvons explorer des idées comme l'intégration de primitives de contrôle dans les réseaux de neurones, l'application de paradigme d'architecture logicielle dans les modèles de réseau, et l'assemblage de systèmes modulaires utilisant des librairies contenant des modules algorithmiques et géométriques. Les résultats de cette thèse sont une étape dans le but global d'aider les entreprises à assembler des systèmes d'IA pour leurs problèmes spécifiques, en limitant le coût d'expertise, effort, temps, et données associé à l'intégration de réseaux de neurones.

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Partage sécurisé d'information dans le contexte des passeports matériaux et produits pour l'économie circulaire.

Département Systèmes et Circuits Intégrés Numériques

Laboratoire pour la Confiance des sYstèmes de calcuL

Technologies de l'information

01-10-2021

SL-DRT-21-0622

oana.stan@cea.fr

Technologies pour la santé et l?environnement, dispositifs médicaux (.pdf)

L'économie circulaire suppose une réaffectation continue des matériaux et composants dans des boucles d'usage incluant les phases d'extraction de matières, de production de composants et de produits finis, de réemploi, réaffectation, réparation et recyclage. Par ailleurs, le contexte politique tend vers un élargissement de la responsabilité des producteurs (REP) associé à un besoin accru de garantir l'origine des matériaux (ex : matériaux dits « de conflit »). Le passeport numérique d'un matériau ou produit contient des informations sur ses éléments constituants et leurs origines mais potentiellement aussi les informations nécessaires à l'évaluation de l'impact environnemental lié à sa fabrication, son usage et sa transformation. Or, bon nombre de ces informations sont sensibles et leur partage entre différents acteurs pose d'évidents problèmes de confiance. L'objectif de cette thèse est l'analyse des besoins et la modélisation des différentes solutions de couplages de protocoles de partage de données (International Data Space (IDS), blockchain et de méthodes de gestion de « privacy » par conception ou d'accès crypté (Data Minimization, FHE ? Fully Homomorphic Encryption) et l'évaluation des impact environnementaux des différentes solutions.

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Etude de l'EBIC et la cathodoluminescence appliquée aux photodiodes petit gap pour la détection IR refroide

Département d'Optronique (LETI)

Laboratoire d'Imagerie IR

Physique, Ingénieur Généraliste (INSA, PHELMA, ...)

01-10-2021

SL-DRT-21-0626

pierre.bleuet@cea.fr

Le CEA LETI développe depuis plus de 40 ans des détecteurs IR utilisant des matériaux semi-conducteur petit-gap. Ces travaux ont même donné naissance à la société Sofradir puis Lynred, acteur de premier ordre dans l'imagerie IR. Dans le cadre de la collaboration entre LETI et Lynred, de nouveaux besoins de caractérisation apparaissent, à la fois pour la compréhension fine du fonctionnement de la photodiode lors de la réduction du pas pixel, mais aussi au niveau de la compréhension de l'effet des défauts métallurgique et technologiques sur la performance des photodiodes IR. Nous proposons ici d'étudier le comportement des diodes petit-gap IR refroidies lorsqu'elles sont excitées par le pinceau électronique au sein d'un microscope électronique (MEB). Une cartographie du courant induit (EBIC) donne une information sur le transport de charges dans le petit gap, alors qu'une cartographie de la luminescence induite (cathodo-luminescence) apporte une information complémentaire sur la dynamique de recombinaison radiative des porteurs injectés, notamment en présence de défauts métallurgiques. La manip EBIC est aujourd'hui fonctionnelle à température cryogénique dans notre équipement. La manip Cathodo IR est à mettre au point pour compléter l'image EBIC et donner une représentation complémentaire de la physique à l'?uvre dans la photodiode IR. Outre la mise au point de la cathodo, le travail de thèse pourra s'attacher à investiguer différentes structures de détection IR orientées petits pas et haute température de fonctionnement, en s'appuyant sur la corrélation entre EBIC, cathodo IR mais aussi les caractérisations electro-optique classique de la photodiode IR.

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Caractérisation multimodale de phages thérapeutiques

Département Microtechnologies pour la Biologie et la Santé (LETI)

Laboratoire Chimie, Capteurs et Biomatériaux

M2 biophysique et/ou nanosciences

01-10-2021

SL-DRT-21-0634

pierre.marcoux@cea.fr

Technologies pour la santé et l?environnement, dispositifs médicaux (.pdf)

La diffusion rapide et inexorable des résistances aux antibiotiques constitue l'un des défis sanitaires de la prochaine décennie. Dans ce contexte, la recherche d'alternatives thérapeutiques est un enjeu majeur de santé publique et une priorité. La phagothérapie, qui utilise des virus sans effet sur les cellules humaines, appelés phages, capables d'infecter et de détruire spécifiquement les bactéries, constitue une approche prometteuse. Utilisés depuis des décennies dans certains pays d'Europe de l'Est, l'importation de phages préparés dans ces pays est interdite en France et en Europe occidentale car ces préparations ne répondent pas aux exigences de sécurité/traçabilité/développement des autorités de santé (ANSM, EMEA. La demande croissante des infectiologues en phages lytiques répondant à ces exigences s'accompagne d'un besoin d'outils de caractérisation pour mieux qualifier ces virus à destinée thérapeutique, que ce soit au cours de leur production, leur purification, leur stockage et leur administration. La thèse étudie la caractérisation de suspensions aqueuses de phages (mesure du titre infectieux, killing assay et détermination du caractère monoclonal). Deux méthodes complémentaires seront étudiées: l'une basée sur l'imagerie sans lentilles de plages de lyse; l'autre reposant sur des microrésonateurs mécaniques.

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Analyse mémoire précise et efficace pour les languages de bas niveau

Département Ingénierie Logiciels et Systèmes (LIST)

Laboratoire pour la Sûreté du Logiciel

Master en informatique, avec une formation en méthode formelle ou sémantique des languages de programmation (compilation). La connaissance des languages fonctionnels (OCaml,Haskell,Lisp) et/ou bas-niveau (C, assembleur) est un plus.

01-10-2021

SL-DRT-21-0641

matthieu.lemerre@cea.fr

Data intelligence dont Intelligence Artificielle (.pdf)

Le but de la thèse est de développer une analyse statique automatique (basée sur l'interprétation abstraite) permettant de vérifier, dans des grosses bases de code dans des langages bas-niveau compilés (de type C, C++, assembleur, Rust), des propriétés de sécurité liées à la mémoire, telle que des propriétés de flot d'information et l'absence de corruption de mémoire. Cette problématique est très importante pour la cybersécurité, car la plupart des erreurs de sécurité liées au logiciel, et celles dont la sévérité est la plus importante, proviennent d'erreurs de sûreté mémoire (buffer overflows, use-after-free, déréferencement de pointeur null, mauvaises conversions de pointeurs, mauvaise interface entre plusieurs langages, etc.). Les trois grands problèmes lorsqu'on conçoit une telle analyse statique automatique est de demander un faible effort de vérification de la part de l'utilisateur, de gérer des systèmes larges et complexes, et d'être assez précis pour que l'analyse ne rapporte pas un grand nombre de fausses alarmes. L'approche privilégiée pour cette thèse se reposera sur une nouvelle analyse statique utilisant des domaines abstraits paramétrés par des invariants de types, qui se trouve être à une juste équilibre entre précision (par rapport à des analyses de pointeur), efficacité (par rapport à des analyses de shape), et effort à fournir (par rapport à des méthodes de vérification déductives). Cette méthode a déjà permis de prouver automatiquement l'absence d'escalade de privilège et de corruption mémoire dans un micronoyau industriel existant à partir de son code machine, en utilisant seulement 58 lignes d'annotations. De nombreuses questions de recherches restent en suspend, et on explorera ainsi comment on peut faire une analyse compositionelle basée sur ce domaine pour en améliorer le passage à l'échelle, comment on peut en améliorer l'expressivité pour montrer des propriétés de sécurité complexe comme la non-interférence, comment on peut en améliorer la précision sans dégrader l'efficacité, ou comment réduire encore plue le nombre d'annotations (en inférant automatiquement des invariants de types).

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Prédiction de trajectoire pour la navigation autonome

Département Systèmes et Circuits Intégrés Numériques

Laboratoire Intelligence Intégrée Multi-capteurs

master ou diplôme d'ingénieur en informatique ou traitement du signal

01-09-2021

SL-DRT-21-0644

tiana.rakotovao@cea.fr

Systèmes cyberphysiques - capteurs et actionneurs (.pdf)

Avec l'intérêt croissant pour les véhicules autonomes (AV), les systèmes de perception jouent un rôle central dans leur navigation, avec des développements actifs des communautés recherche et industrie automobile. Les systèmes de perception fournissent aux AVs des informations sur la situation de conduite. En pratique, des algorithmes avancés modélisent l'environnement du véhicule à l'aide d'une carte en traitant les données passées et présentes provenant de capteurs embarqués, par exemple des caméras, des LiDARs, des radars et des ultrasons. L'évolution future de l'environnement de conduite est prédite afin de planifier une trajectoire sûre, éviter des collisions et prendre des décisions quant à la navigation. Le CEA a mis au point une technologie embarquée de fusion de données exploitant le paradigme des grilles d'occupation qui modélisent l'environnement du véhicule. Cette grille fournit une estimation probabiliste des régions occupées et des régions libres. L'estimation du mouvement des obstacles est également en cours de développement. Cependant, l'estimation des trajectoires futures probables des obstacles en mouvement est indispensable pour prendre des décisions quant à la navigation. L'objectif de la thèse de doctorat est de développer un algorithme embarqué de prédiction des trajectoires pour la navigation autonome. La prédiction de trajectoire est un problème spatio-temporel (4D) où l'incertitude est essentielle pour évaluer les évolutions probables à court terme d'un scénario de conduite. La diversité des obstacles en mouvement rend la prédiction de trajectoire très difficile lorsqu'elle est intégrée à des plateformes informatiques légères. En effet, une voiture en mouvement n'a pas le même degré de liberté qu'un piéton. Les modèles de prédiction peuvent prendre en compte la nature des obstacles en mouvement si cette information est disponible (par exemple, fournie par une intelligence artificielle). Dans le cas contraire, les modèles de prédiction doivent s'adapter en fonction des données disponibles. Au cours de la thèse, le doctorant se concentrera d'abord sur la modélisation probabiliste du mouvement et de la trajectoire. Ensuite, il proposera une solution algorithmique peu complexe pouvant être exécutée en temps réel sur une plateforme informatique embarquée, le doctorant étant hébergé dans une équipe dont l'expertise porte sur le développement de solutions de perception avancées et légères pouvant être intégrées dans des systèmes embarqués. Le doctorant collaborera avec des chercheurs, des ingénieurs et d'autres doctorants issus de divers domaines scientifiques. Le candidat doit avoir une solide formation mathématique en probabilités/statistiques, informatique et prototypage de logiciels (matlab/python, C++). Des connaissances et des compétences en intelligence artificielle et en fusion de données sont des atouts majeurs.

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