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Développement d'un dépôt électrochimique de polymères

Département des Plateformes Technologiques (LETI)

Laboratoire

Master 2 chimie, électrochimie

01-10-2020

SL-DRT-20-0308

paul.haumesser@cea.fr

Matériaux et procédés émergents pour les nanotechnologies et la microélectronique (.pdf)

Le dépôt électrophorétique de polymères est une technique utilisée pour le dépôt de nombreux polymères tels que le polyetherimide (PEI). Ce dépôt requiert habituellement des tensions de plusieurs à plusieurs dizaines de volts. Il est reconnu que des processus électrochimiques interviennent dans les mécanismes de dépôt. Des résultats récents semblent indiquer que ces mécanismes électrochimiques peuvent être efficaces dès l'application de potentiels moins élevés (<3V), ce qui ouvre la possibilité d'un dépôt dans des conditions plus douces et avec un contrôle accru. Cette thèse vise donc à étudier les mécanismes en jeu lors du dépôt de PEI dans ces conditions, ce qui pourrait permettre le développement d'un procédé de dépôt original de ce polymère applicable à la fabrication de capacités à fort champ de claquage. De plus, cette approche pourrait être étendue à d'autres polymères isolants pour des applications potentielles en santé (packaging de pistes conductrices pour les systèmes implantés ou portés, avec topologie), ou à des polymères hydrophiles et/ou poreux : encapsulation d'édifices biologiques (cellules, enzymes, bactéries) ou filtrage de cellule dans les systèmes de micro-organes sur puces.

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Caractérisation de batteries tout-solide utilisant les installations neutrons et synchrotron

Département de l'Electricité et de l'Hydrogène pour les Transports (LITEN)

Laboratoire Matériaux

Physicien de la matière molle

01-10-2019

SL-DRT-20-0317

lionel.picard@cea.fr

Nano-caractérisation avancée (.pdf)

Ayant pour objectif d'améliorer la densité d'énergie massique et la sécurité des batteries au lithium, des batteries « tout-solides » sont actuellement en développement, composées d'un électrolyte soit polymère, soit (vitro)céramique, soit une combinaison des deux, connue sous le nom d'hybrides. Ces activités de recherche sont déjà bien implantées au CEA-Grenoble, au travers notamment de développements de matériaux céramiques conducteurs ioniques et de polymères conducteurs type « single-ion ». Dans ce contexte, le doctorant aura pour objectif de supporter ces travaux au travers d'une meilleure compréhension des électrolytes hybrides. Pour cela, il caractérisera en détail la structure et les propriétés de tels systèmes, et plus particulièrement, leurs organisations locales/nanométriques, les interfaces organiques/inorganiques et les interfaces électrolyte/électrode. Ces études utiliseront des matériaux déjà disponibles au CEA et des nouveaux matériaux de cathode provenant d'UMICORE, mais aussi des matériaux en cours de développement. Le doctorant utilisera des techniques neutroniques et synchrotron de ruptures, comme la diffusion aux petits angles, la micro-tomographie, les micro-faisceaux et des techniques d'imageries, afin de caractériser les matériaux hybrides ex-situ et dans des dispositifs operando. Enfin, basé sur ses résultats, il proposera des voies potentielles d'optimisation de ces systèmes.

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Méthodes d'apprentissage profond non supervisé pour les attaques par canaux auxiliaires

Département Systèmes (LETI)

Centre d'Evaluation de la Sécurité des Technologies de l'Information

Master 2 Mathématiques/Cryptographie/Informatique/Machine Learning

01-09-2020

SL-DRT-20-0324

eleonora.cagli@cea.fr

Cybersécurité : hardware et software (.pdf)

Les produits sécurisés grâce à des mécanismes cryptographiques embarqués, par exemple les cartes à puce, peuvent être vulnérables aux attaques par canaux auxiliaires. Ces attaques se basent sur l'observation de certaines quantités physiques mesurées pendant l'activité du dispositif, comme la consommation de puissance, le rayonnement électromagnétique, le temps écoulé, ? dont la variation provoque une fuite d'information. Ces fuites d'information, dûment analysées, peuvent permettre à un attaquant de remonter à des données sensibles, comme les clés secrètes des algorithmes cryptographiques, et donc de mettre en défaut la sécurité du dispositif. Pour l'analyse des fuites d'information, récoltés sous forme de grandes bases de données de signaux de grande taille, les méthodes d'apprentissage profond sont aujourd'hui devenues incontournables. Depuis 2016 le sujet intéresse de plus en plus les chercheurs du domaine de la sécurité embarquée, qui constatent surtout l'efficacité de ces méthodes d'attaque dans le cadre des attaques profilées. Dans ce contexte l'attaquant a à disposition une base de données complètement maitrisée lui permettant une phase d'entrainement supervisé. Il s'agit du contexte le plus favorable pour l'attaquant. Pour la mise en place de véritables attaques sur le terrain, ainsi que de plus en plus dans le cadre d'évaluation de systèmes sécurisés complexes, ce scenario n'est pas envisageable. Dans le vaste état de l'art des attaques non-supervisées les méthodes d'apprentissage automatique sont apparues depuis une dizaine d'années, les algorithmes de clustering en étant une partie qui a suscité beaucoup d'intérêt. Aujourd'hui, le domaine de l'apprentissage profond fait évoluer les algorithmes de clustering, en s'appuient notamment sur les méthodes d' « embedding », c'est-à-dire de représentation des données dans un espace qui privilégie certaines relations « utiles ». Le domaine d'application principale de ces techniques est aujourd'hui la représentation des mots pour l'analyse des langages naturels : une représentation utile immergera les mots dans un espace où les mots du même champ sémantique sont à une faible distance. L'objectif de cette thèse est étudier les techniques de « deep embeddings », évaluer leur adéquation avec les scénarios d'attaques non-supervisés, notamment dans le cadre des algorithmes cryptographiques asymétriques à clé publique, formaliser une stratégie d'attaque performante basée sur ces techniques et en analyser en profondeur les propriétés.

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Développement d'aimants permanents hautes performances NdFeB par Powder Injection Moulding

Département des Technologies des NanoMatériaux (LITEN)

Laboratoire de Formulation des Matériaux

Chimie des matériaux, option polymère

01-11-2020

SL-DRT-20-0329

sebastien.rolere@cea.fr

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

De par leurs très bonnes performances magnétiques, les aimants permanents en NdFeB participent à la transition énergétique, avec des applications dans les secteurs de l'énergie (turbines d'éoliennes) et du transport (véhicules électriques). Ces aimants sont généralement produits par pressage de poudre et frittage, et l'obtention de formes complexes passent alors par des opérations d'usinage coûteuses. Le procédé PIM (Powder Injection Moulding), qui permet la mise en ?uvre de poudres inorganiques au travers de techniques classiques de la plasturgie, est actuellement considéré pour la fabrication d'aimants NdFeB de haute densité et aux géométries complexes. Les propriétés magnétiques des aimants en NdFeB sont significativement dégradées par la présence de contaminants carbone et/ou oxygène. Or, le procédé PIM nécessite (i) la formulation de feedstocks (mélanges) à partir de polymères organiques (liants) pour le moulage par injection, et (ii) la mise en place d'étapes post-injection de déliantage chimique et thermique, qui sont autant de sources potentielles de contamination du matériau. Ces différentes sources nécessitent d'être étudiées afin de réduire au maximum la contamination dans les aimants et ainsi d'optimiser leurs propriétés magnétiques. En outre, l'étude des interactions physico-chimiques entre les liants polymères (et leurs produits de dégradation) et la poudre NdFeB, doit permettre l'élaboration de feedstocks injectables et adaptés à l'élaboration d'aimants permanents à basse contamination et aux propriétés magnétiques optimales.

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Modèle de programmation concret pour ordinateurs avec accélérateurs quantiques

Département Architectures Conception et Logiciels Embarqués (LIST-LETI)

Laboratoire Infrastructure et Ateliers Logiciels pour Puces

Master informatiques / école d'ingénieur

01-10-2020

SL-DRT-20-0364

Henri-Pierre.Charles@cea.fr

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

Les ordinateurs quantiques permettront d'obtenir des performances de calcul inédites grâce à un mode de calcul très différent des ordinateurs classiques : le support de l'information n'est plus un bit a 2 états mais un qbit porteur d'une information analogique, d'intriquer une multitude de qbits et de les manipuler. Par ailleurs, c'est la possibilité d'une façon cohérente qui permettra d'obtenir des puissances de calcul inédites. Ces ordinateurs, dont les applications seront très spécifiques, seront connectés à des ordinateurs classiques à partir desquels on utilisera ces accélérateurs. Ce type d'architecture hétérogène existe déjà : on programme un GPU ou un DSP à partir d'un processeur classique. Mais dans ce cas les modèles de calculs sont similaires et les données utilisent les mêmes représentation : le format binaire en complément à 2 pour les nombres entiers (limités a 64 bits), le format IEEE 754 pour les nombres en virgule flottante, l'UNICODE pour les caractères, etc. Dans une machine quantique (comme dans la vision de l'université de DELFT [3]), il faudra mélanger deux types de modèles de calculs très différents (modèle Von Neumann et modèle Quantique) et des espaces de représentation des données également différents. On attend de cette thèse une exploration des différents modèles de calcul et les façons de passer de l'un à l'autre. Un langage de programmation et des outils de compilation permettant d'implémenter des algorithmes et les faire fonctionner sur différentes plateformes (matérielles ou simulées) sont les attendus de fin de thèse. Le candidat devra s'approprier et l'état de l'art sur : les machines quantiques actuelles (via des plateforme de simulation et/ou des machines réelles), prendre en compte les caractéristiques des qbits physiques réalisés au LETI, maîtriser les modèles de calcul adaptés au calcul quantique (ZX calculus[2]), assimiler les algorithmes et appli- cations [6] connues dans le domaine quantique, voire identifier de nouveaux algorithmes candidats à l'usage d'une machine quantique. Le sujet est vaste et pluridisciplinaire, mais le CEA possède un écosystème où toutes ces connaissances sont présentes aussi bien au niveau design des qbits physiques, qu'au niveau électronique, mais aussi au niveau architecture des ordinateurs et des langages de programmation. Des chercheurs de l'UGA apporteront également leur connaissances, au niveau algorithmique comme au niveau modèle de programmation. Grâce à la synthèse des connaissances, le candidat pourra proposer un modèle de programmation des accélérateurs quantique en lien avec les langages de programmation actuels[7] en se basant sur des modèles préexistant comme le ZX calculus [2]. Ce modèle devra également intégrer la possibilité d'intégrer une partie classique pour le contrôle et l'accès aux données et une partie quantique pour la partie accélérée du programme. Les applications classiques déjà identifiées dans cet article [6] pourront servir de benchmarks et démontrer l'intérêt de l'approche. D'autres applications pourront être étudiées pour mesurer l'intérêt d'une accélération quantique. [1] H. Bohuslavskyi, A. G. M. Jansen, S. Barraud, V. Barral, M. Cassé, L. Le Guevel, X. Jehl, L. Hutin, B. Bertrand, G. Billiot, G. Pillonnet, F. Arnaud, P. Galy, S. De Franceschi, M. Vinet, and M. Sanquer. Cryogenic subthreshold swing saturation in fd-soi mosfets described with band broadening. IEEE Electron Device Letters, 40(5):784787, May 2019. 3 [2] Niel de Beaudrap and Dominic Horsman. The ZX calculus is a language for surface code lattice surgery. arXiv preprint arXiv:1704.08670, 2017. [3] X. Fu, L. Riesebos, L. Lao, C. G. Almudever, F. Sebastiano, R. Versluis, E. Charbon, and K. Bertels. A Heterogeneous Quantum Computer Architecture. In Proceedings of the ACM International Conference on Computing Frontiers, CF '16, pages 323 330, New York, NY, USA, 2016. ACM. [4] Harald Homulle, Stefan Visser, Bishnu Patra, Giorgio Ferrari, Enrico Prati, Car- men G. Almudéver, Koen Bertels, Fabio Sebastiano, and Edoardo Charbon. Cry- oCMOS Hardware Technology a Classical Infrastructure for a Scalable Quantum Computer. In Proceedings of the ACM International Conference on Computing Frontiers, CF '16, pages 282287, New York, NY, USA, 2016. ACM. [5] Louis Hutin, Benoit Bertrand, Yann-Michel Niquet, Jean-Michel Hartmann, Marc Sanquer, Silvano De Franceschi, Tristan Meunier, and Maud Vinet. SOI MOS Technology for Spin Qubits. ECS Transactions, 93(1):3536, October 2019. [6] Ashley Montanaro. Quantum algorithms: an overview. November 2015. [7] Benoît Valiron, Neil J. Ross, Peter Selinger, D. Scott Alexander, and Jonathan M. Smith. Programming the quantum future. Communications of the ACM, 58(8):52 61, 2015. [8] Rodney Van Meter and Clare Horsman. A Blueprint for Building a Quantum Com- puter. Commun. ACM, 56(10):8493, October 2013.

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Etude de la structure et des performances des électrodes de pile à combustible en relation avec le processus de fabrication grâce à l'imagerie et à la diffusion de neutrons et de rayons X

Département de l'Electricité et de l'Hydrogène pour les Transports (LITEN)

Laboratoire Composants Pemfc

Matériaux, Electrochimie, Physique.

01-10-2020

SL-DRT-20-0365

arnaud.morin@cea.fr

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

Les véhicules automobiles à zéro émission utilisant l'hydrogène comme carburant et alimentés par une pile à combustible à membrane échangeuse de protons (PEMFC) sont maintenant disponibles dans le commerce. Cependant, la commercialisation à grande échelle des véhicules à pile à combustible PEM nécessite des progrès en termes de performances, de coût et de durabilité, pour lesquels l'électrode est le composant le plus limitant. Elle est constituée d'un mélange aléatoire de nanoparticules à base de platine dans un réseau de polymères conducteurs de protons. L'électrode est obtenue à partir d'une suspension, appelée encre, après évaporation des solvants. Actuellement, la recherche et le développement pour améliorer les performances de l'électrode et réduire les coûts de fabrication reposent sur un approche de type essais/erreurs. L'objectif de ce projet est d'accroître les connaissances sur les relations entre la composition de l'encre, la structure, les propriétés et les performances des électrodes. L'évolution de l'encre au cours du processus de séchage et de l'électrode ainsi obtenue sera caractérisée par la diffusion de neutrons et de rayons X, en tant qu'outils complémentaires permettant de mieux comprendre l'organisation du matériau catalytique et du polymère. En corrélant ces résultats avec les mesures électrochimiques, structurelles et d'imagerie d'Operando, nous visons à rationaliser la conception des électrodes. Ce projet implique des partenaires possédant toutes les compétences complémentaires nécessaires à cette étude présentant un intérêt tout particulier pour le partenaire industriel TOYOTA, qui est le leader dans la recherche, le développement et la production de voitures à piles à combustible.

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