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Résultats / Travaux
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Solid state physics, chemistry and nanosciences >> Mathematics - Numerical analysis - Simulation
14 propositions.
Algorithmes de Radiolocalisation Adaptés à un Récepteur Ultra Large-Bande Multi-Doigts et Multi-Antennes à Haute Précision Temporelle
En autorisant de nouveaux services centrés sur l'utilisateur mobile (surveillance/inventaire intelligent de biens personnels depuis un smartphone, navigation contextuelle à l'intérieur des bâtiments, etc.), les fonctions de radiolocalisation apportées récemment aux réseaux sans-fil sont en passe de modifier en profondeur nos usages du quotidien. La révolution attendue pourrait même être de l'ampleur de celles qui ont accompagné jadis l'apparition du GSM ou de la navigation GPS automobile. Dans ce contexte, un récepteur de signaux radio impulsionnels IR-UWB (i.e. couvrant une ultra-large bande de fréquences) multi-doigts (RAKE) a été récemment intégré avec succès. Peu gourmand en énergie (consommation moyenne de quelques dizaines de mW), ce dernier permet la détection de signaux de faible puissance, tout en assurant des débits d'information adaptables (<50Mbp) en fonction de la portée (jusqu'à plusieurs centaines de mètres). Une autre particularité réside dans sa capacité à mesurer précisément les temps d'arrivée (TOA) des impulsions transmises, sans nécessiter un échantillonnage rapide du signal reçu. Cette solution peut en théorie estimer des distances entre dispositifs avec une précision de l'ordre de quelques centimètres seulement. L'ajout d'antennes multiples en émission et/ou réception doit aussi permettre d'améliorer la portée, ainsi que d'estimer conjointement des métriques de localisation temporelles et angulaires. Malheureusement, dans des cas non-contrôlés d'utilisation indoor (dispositif radio à la main ou en poche), les conditions réelles de propagation jouent un rôle déterminant sur les performances de localisation. En pratique, l'obstruction des liens radio par le(s) corps ou les murs, ainsi qu'une orientation défavorable du dispositif, donnent lieu à l'apparition d'erreurs significatives sur les distances mesurées. La corrélation spatiale des trajets multiples reçus, ainsi que le caractère très sporadique des cas les plus sévères d'obstruction, peuvent toutefois être exploités en vue d'améliorer les performances de localisation. Dans ce travail de thèse, on se propose de concevoir de nouveaux algorithmes de radiolocalisation pour tirer profit des spécificités d'un tel système IR-UWB à très haute précision temporelle. En particulier, on ira dans le sens d'une meilleure exploitation des trajets multiples résolus au niveau des différents doigts du récepteur. On cherchera aussi à bénéficier du déploiement d'antennes multiples, tant au niveau des n?uds fixes (stations de base) que des mobiles. Un objectif sera de garantir des performances de localisation équivalentes à celles idéalement atteintes en situation de visibilité radio. Il s'agira aussi de se doter de nouvelles fonctions connexes de détection (d'obstruction, d'attitude ou d'ambigüité).
Voir le résumé de l'offreTomographie électronique sub-nanométrique pour les semi-conducteurs
La technologie FD-SOI, qui vise à pousser la technologie des transistors CMOS au-delà des 28nm en limitant courant de fuite et complexité, requiert une caractérisation 3D avec une résolution sub-nanométrique. A ce jour, il n'existe pas de techniques de routine permettant d'effectuer une telle caractérisation. Toujours dans le domaine des semi-conducteurs, les boites quantiques sont l'objet de nombreuses recherches, avec des applications transistor ultime et optique. La localisation latérale de boites quantiques 3D de quelques nanomètres est une problématique qui n'est pas résolue faute d'outil de nanoimagerie 3D adapté. La tomographie électronique est une technique d'imagerie 3D qui permet de reconstruire une image 3D d'un objet à partir de ses projections 2D. Actuellement, les résolutions typiques sont de l'ordre de quelques nanomètres. Ce sujet de recherche concerne le développement de la tomographie électronique afin de la pousser à une résolution de quelques Angströms. Il s'agit d'étendre la microscopie électronique STEM afin de ne plus observer des colonnes atomiques entières mais la distribution des atomes en 3D avec une résolution sub-nanométrique isotrope. Des travaux très exploratoires ont déjà été menés; il s'agira de les développer et de les mettre en ?uvre sur des échantillons réels en optimisant l'optique électronique, l'échantillonnage 3D, la reconstruction mathématique et la préparation d'échantillon.
Voir le résumé de l'offreNouveaux modèles de partitionnement de graphes pour le placement/routage sur architectures massivement parallèles
L'apparition, ces dernières années, d'architectures de processeur dites « many-core », c'est-à-dire intégrant plusieurs centaines voire milliers de c?urs de calcul au sein d'une même puce, a ouvert un nouveau domaine d'application pour les problèmes de partitionnement de graphes. En effet, cette classe de problèmes est au c?ur de l'étape dite de placement/routage d'applications sur ces architectures. Cependant, les premiers modèles étudiés ne reflètent que partiellement la complexité des architectures sous-jacentes et de nouveaux modèles plus complets sont nécessaires, modèles qui donnent lieu à de nouvelles variantes du problème de partitionnement de graphe qui seront étudiées dans le cadre de la thèse et pour lesquelles il conviendra de proposer des algorithmes adaptés. Un premier objectif de la thèse est donc d'améliorer le réalisme des modèles par l'introduction de nouvelles contraintes par exemple destinées à garantir l'équilibre des communications inter-clusters dans le réseau sur puce, à prendre en compte d'autres type de contraintes de ressource, en particulier sur les arcs incidents aux partitions, ou encore à fournir des garanties de faisabilité quant au calcul des chemins de routage, post partitionnement. L'introduction de telles contraintes change significativement les propriétés mathématiques des modèles et requiert l'étude de nouveaux algorithmes de résolution. Le second objectif sera d'établir de nouveaux algorithmes de résolution exacte pour les problèmes avec les nouvelles contraintes. On étudiera notamment les approches polyédrales et par branch-and-cut en s'inspirant des travaux précédents réalisés par nos équipes, notamment par exemple des résultats récents sur les méthodes de projection obtenus sur un problème voisin. Enfin, pour les instances de grandes tailles, on s'intéressera à la conception d'heuristiques couplées à des bornes globales permettant de s'assurer de la qualité des résultats fournis par ces derniers algorithmes.
Voir le résumé de l'offreCorrection du rayonnement diffusé Compton en imagerie multi-énergies radiographique et tomographique
L'imagerie à rayons X est une technique utilisée tant dans le domaine du diagnostic médical que du contrôle de pièces industrielles ou de la sécurité. Les détecteurs à rayons X conventionnels fonctionnent par intégration de l'énergie des photons sur tout le spectre, et fournissent une seule valeur par pixel. Cette valeur est en fait la somme de deux signaux : le signal direct, provenant linéairement du foyer du générateur, et mesurant les photons non atténués par l'effet photoélectrique, et le signal diffusé incohérent, où les photons ayant interagit ont changé de direction et d'énergie. Le rayonnement diffusé induit donc une modification des valeurs de l'image, rédhibitoire à toute quantification, et importante dès que le capteur est bi-dimensionnel. De nombreuses méthodes de correction du rayonnement diffusé existent. Mais les détecteurs émergents à base de semi-conducteurs, qui donnent le spectre énergétique complet en chaque pixel, imposent l'évolution des méthodes de traitement. L'objectif global de la thèse est de développer des méthodes d'estimation puis de correction du diffusé en imagerie spectrale. On utilisera des simulations numériques ainsi que des dispositifs expérimentaux. On testera la généralisation des méthodes actuelles mono-spectre, puis des méthodes plus originales intégrant tous les canaux d'énergies seront investiguées. Elles considéreront le cadre radiographique comme tomographique.
Voir le résumé de l'offreApprendre pour suivre: exploitation du contexte et de raisonnement probabiliste pour renforcer les connaissances.
Le Laboratoire Vision et Ingénierie des Contenus (LVIC) regroupe 80 chercheurs autour de thèmes de recherche qui sont l'analyse de documents multimédia, la réalité augmentée et l'analyse de scène. A travers ses activités, le LVIC collabore avec de grands groupes Renault, THALES, SNCF et un réseau de PME innovantes Diotasoft, Arcure... A travers des projets de R&D, le laboratoire développe des systèmes d'analyse vidéo automatique en temps réel intégrant des techniques évoluées de suivi temporel d'objets dans la scène. Dans le cadre de cette thèse, l'objectif du laboratoire est de segmenter et de suivre des piétons dans des scènes urbaines réelles ce qui induit des apparences fortement variables et de fréquentes interactions. Une problématique scientifique forte réside dans la capacité à apprendre une signature visuelle pertinente des personnes, c'est-à-dire discriminante et robuste, pour réaliser un suivi efficace. Pour cela, il faut à la fois disposer d'un nombre important de descriptions ainsi que de données précises et de qualité. Aujourd'hui, les approches 3D de suivi d'agents multiples s'appuient sur des modèles rigides de formes et d'apparences et font appel à des modules évolués de segmentation du fond, de classification et de modélisation d'apparence. Ces approches fournissent un grand nombre de descriptions fiables. A l'opposé, beaucoup d'approches récentes, concernant le suivi d'une cible inconnue à partir d'une caméra embarquée, s'appuie sur des modèles 2D de cibles souples et déformables à base de points d'intérêts et font appel à des modules très dynamiques de modélisation de l'apparence. Elles semblent plus pertinentes pour obtenir des données précises et de qualités. Au final, l'objectif est donc de parvenir à exploiter les meilleurs concepts de ces deux domaines. L'idée essentielle de la thèse repose sur l'exploitation du contexte et de raisonnements probabilistes pour renforcer les connaissances sur l'apparence des personnes et pouvoir les différencier en permanence.
Voir le résumé de l'offreNouveaux systèmes d'imagerie médicale exploitant la diffraction X en dispersion d'énergie à l'aide de détecteurs spectrométriques CdZnTe.
Le contexte de la thèse est celui de la mesure du rayonnement X diffracté en énergie dispersive (EDXRD) à l'aide de détecteurs semi-conducteurs spectrométriques, pour des applications médicales. Aujourd'hui, la plupart des systèmes d'imagerie médicale par rayons X exploitent le rayonnement transmis à travers les tissus. L'apparition récente de détecteurs résolus en énergie, à base de semi-conducteurs notamment, permet d'envisager l'exploitation d'un autre type de rayonnement: le rayonnement diffracté (ou diffusé petit angle). La mesure de spectres de diffraction peut apporter de nouvelles informations liées à la structure moléculaire des tissus examinés, et ainsi améliorer le diagnostic final. Les modalités visées sont la détection et l'analyse de tumeurs en imagerie du sein, de calculs rénaux, l'ostéodensitométrie, et même la mesure de diffraction de nanoparticules utilisées comme agents de contraste. Les détecteurs spectrométriques de type CdZnTe, développés au laboratoire LDET, présentent toutes les performances (résolution en énergie, sensibilité, résolution spatiale, compacité) nécessaires à la mesure de spectres diffractés pertinents dans le contexte médical en condition clinique. L'objectif de la thèse consistera donc à l'étude de faisabilité d'un tel système de détection. Il s'agira d'une approche globale de conception de système, combinant dimensionnement géométrique, notamment des collimateurs, et adaptation de technologie et d'architecture de détecteurs spectrométriques.
Voir le résumé de l'offrePrise en compte des informations tactiles pour la commande de tâches robotiques - Application à la manipulation dextre
Dans le domaine de la robotique en plein essor, attraper un objet et le manipuler sans le casser sont des taches complexes sur lesquelles le CEA mène des recherches depuis de nombreuses années. Pour répondre au mieux à cette problématique, une main artificielle ressemblant à la main humaine a été développée au LIST. Elle comporte 5 doigts, 24 degrés de liberté articulaires et un actionnement optimal. D'autre part, au LETI, l'utilisation des technologies MEMS ont permis le développement de capteurs d'effort tri-axes dont la taille et la sensibilité permettent de les utiliser comme capteurs tactiles. Ils ont d'ailleurs montré des propriétés intéressantes pour la reconnaissance de surface et l'estimation du coefficient de friction qui intervient dans le phénomène de glissement. L'association de ces deux technologies permet d'envisager de traiter de manière optimale la manipulation d'objets glissants. Avec cet objectif, la thèse devra apporter des solutions sur l'extraction de paramètres pertinents à partir des signaux issus des capteurs, la fusion de ces paramètres avec ceux liés à la main et à l'objet à manipuler, et enfin l'adaptation de la commande de la main prenant en compte l'ensemble des informations disponibles. Le travail qui sera réalisé en partie au LETI et en partie au LIST portera sur l'intégration des capteurs sur la main, la réalisation d'expérimentations et l'interprétation des résultats obtenus, la mise au point d'algorithmes et de stratégies de commande, ainsi que sur leur validation expérimentale.
Voir le résumé de l'offreConception, Fabrication et Test d'un Emetteur/Récepteur électro-optique de capacité 1 Tb/s pour les transmissions très courtes distances
Les techniques de multiplexage en longueurs d'onde et plus récemment, les formats de modulation multi-niveaux mono ou multi-porteuses (QPSK, OFDM, ...) se sont imposés dans les transmissions optiques longues distances. Mises en oeuvre avec des composants optiques et électroniques analogiques et numériques discrets et de grande taille, ces techniques restent énergivores et ne peuvent pas adresser des transmissions courtes distances. La photonique CMOS (compatible avec la technologie de fabrication gros volume/ bas cout de l'électronique CMOS) est une technologie émergente qui permet l'intégration de fonctions optiques et électroniques analogiques et numériques dans un meme module, par des procédés CMOS "3D". Des solutions compactes, basses consommations et bas coûts sont attendues pour des transmissions optiques de données à très haut débit, entre baies, entre cartes, ou entre modules (ex: FPGA, switches). Les applications visées sont les calculateurs hautes performances et les "data centers". Pour s'imposer dans la décennie à venir comme la technologie de choix pour ces applications, la photonique CMOS doit démontrer sa meilleure efficacité énergétique, tout en offrant des débits de transmission augmentés. En s'appuyant sur les composants photoniques développés au laboratoire (lasers, mux/demux, photo détecteurs, modulateurs, ...), et en faisant usage des circuits électroniques développés par notre partenaire Caltech, le doctorant proposera et développera des solutions pour la transmission et la réception de données à 1Tb/s. Les solutions implémenteront diverses techniques de modulation/ démodulation et multiplexage/ démultiplexage. L'évaluation des performances des solutions développées suivra. Les principales activités seront: - conception de transmetteurs/émetteurs 1Tb/s basse consommation et modélisation de la transmission de données, - implémentation des solutions (layout des circuits suivant les règles des procédés technologiques de fabrication CMOS) - caractérisation des liens optiques mettant en oeuvre les émetteurs/récepteurs conçus
Voir le résumé de l'offreModèle de performance des piles à combustible de type PEMFC couplant des approches continues et discrètes
L'objectif de cette thèse est de développer une nouvelle génération plus réaliste de modèles de performance de piles à combustible de type PEMFC en s'appuyant sur les approches réseaux de pores (PNM pour Pore Network Modeling) qui permettent 1) d'avoir une meilleure détermination du transport fluidique (gaz, vapeur, liquide) dans l'AME (Assemblage Membrane Electrode) essentiel pour la performance et la durabilité 2) de pouvoir relier les structures des composants à leurs performances. Les travaux se baseront sur les modèles PNM originaux développés au laboratoire pour l'étude des transferts dans les couches de diffusion (gaz et liquide) et les couches actives (gaz, liquide, chaleur, charge et électrochimie), soit par couplage direct soit par homogénéisation. Une validation expérimentale sera réalisée sur des essais menés en parallèle. Des améliorations des composants seront discutées et proposées (distribution de la taille des pores, de la mouillabilité, des constituants des matériaux...). Cette thèse se fera en étroite collaboration entre le CEA/LCPEM, spécialiste reconnu dans le développement de composants et de modélisation des Piles à Combustibles, et le CNRS/IMFT, laboratoire reconnu dans le développement de l'approche réseaux de pores dans les milieux poreux.
Voir le résumé de l'offreModélisation multi-niveaux d'un système énergétique hybride incluant des sources renouvelables ? Couplage de systèmes électriques et thermiques pour la gestion d'énergie
L'intégration massive de production d'énergie renouvelable dans les systèmes électriques est rendue difficile par le caractère intermittent et faiblement prédictible de la ressource. Afin de limiter ces impacts, les sources de production renouvelables peuvent être combinées au sein de systèmes énergétiques hybrides, thermiques et/ou électriques. L'objectif global de ce travail de thèse consiste à développer des modèles multi-énergies pour la gestion de l'énergie de ces systèmes hybrides. Il s'agit d'abord de combiner des modèles thermiques et électriques pour la gestion d'énergie d'un système énergétique hybride, tel qu'un bâtiment incluant un système photovoltaïque. Ces modèles sont des modèles énergétiques, qui seront utilisés pour le contrôle optimal du système. Ce contrôle consiste à définir des points de consigne optimaux pour les composants contrôlables du système, à partir de prévisions de la production renouvelable et de la consommation. Le second objectif consiste à combiner les précédents modèles énergétiques avec des modèles physiques plus fins, pour la simulation de l'opération du système. Les modèles mis en ?uvre permettront de connaître pour chaque composant la réponse à la consigne précédemment calculée, en tenant compte des limites techniques, et en intégrant les transitoires liés au changement de consigne.
Voir le résumé de l'offreDéveloppement d'algorithmes de recherche et de suivi du Point Optimal de Charge d'accumulateurs électrochimiques Application à des chargeurs de batteries Li-ion et ZEBRA
Les algorithmes de charge rapide des accumulateurs électrochimiques entraînent inévitablement des baisses du rendement global charge/décharge de ces derniers. Les travaux du CEA-Tech ont permis de déterminer un paramètre permettant de fixer le régime de charge d'un accumulateur à une valeur optimale réduisant le temps de charge tout en minimisant les pertes de rendement de l'accumulateur. Ce point de charge optimal appelé OPC (Optimum Point of Charge) varie dynamiquement avec l'état de la batterie. Cette thèse vise à étendre ces travaux initialement réalisés sur des éléments de type Lithium-Ion à des systèmes de stockage lithium-Ion et Sodium à Haute température (ZEBRA) intégrant des onduleurs réversibles. La finalité de cette thèse réside dans le développement et l'implémentation dans ces convertisseurs d'algorithmes de tracking (ou recherche dynamique) de l'OPC.
Voir le résumé de l'offreAnalyse et validation interactives de simulations multi-agents à large échelle basées sur la logique floue
Les simulations à base d'agents (MABS) ont été largement utilisées pour modéliser des systèmes complexes dans de nombreux domaines, socio-spatiaux (dynamiques urbaines), socio-techniques (smart-grid) ou biologiques. Ces simulations peuvent être très complexes à analyser dès lors qu'un nombre important d'agents, de comportements et d'interactions est impliqué. Malgré tout, il existe peu de moyens d'analyse et de validation de ces simulations, et notamment d'outils permettant une analyse guidée par l'utilisateur. L'objectif de cette thèse est donc de pallier ce manque en proposant de nouveaux outils d'analyse et de validation de ces simulations qui faciliteront la compréhension des phénomènes sous-jacents. Ceux-ci s'appuieront sur l'utilisation de la logique floue afin d'obtenir des résultats intelligibles, de façon automatique ou par le biais d'interactions avec l'utilisateur, couplée à des outils de visualisation permettant une meilleure appropriation des résultats d'analyse d'une ou de plusieurs simulations. La définition de concepts flous, permettant de donner du sens aux données numériques, et de règles floues, induisant des relations causales, permettra d'analyser le comportement de groupes d'agents homogènes identifiés par clustering dans une simulation, de vérifier des hypothèses pour un scénario donné ainsi que de rechercher des configurations conformes aux exigences de l'utilisateur ou de l'analyste.
Voir le résumé de l'offreEtude expérimentale et numérique de la densification 3D de poudres métalliques sur pièces complexes par compression isostatique à chaud
La thèse a pour objectif d'étudier le comportement à basse (réorganisation particulaire) et haute température (viscoplasticité) de poudres métalliques, en vue de la modélisation par Elements Finis de la compaction de pièces 3D complexes. La thèse comportera une partie expérimentale (essais en enceinte CIC instrumentée, essais de compaction, observations MEB MET DRX, tomographie et/ou FIB), une partie numérique (Eléments Discrets, Eléments Finis, résolution d'équations differentielles) et une partie plus appliquée consistant à modéliser un composant réel.
Voir le résumé de l'offreCommunication sans fil et Vie privée: Détection de mouvement en environnement extérieur
Les réseaux de capteurs sans fils sont actuellement présents partout dans notre environnement. Si leur but premier est de collecter et transmettre de l'information, il semble aussi possible de détourner l'usage de ces capteurs et d'exploiter l'information contenue dans l'onde radio à d'autres fins comme le suivi du mouvement ou la localisation. Le but de cette thèse est d'analyser le caractère intrusif de l'information fournie par l'onde radio et notamment par les indicateurs de puissance reçue (RSSI) et de qualité du canal (LQI). Quelle information peut être déduite de la connaissance de ces mesures ?
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