Direction scientifique
Transfert de connaissances vers l'industrie

Nos Thèses par thème

Etude des mécanismes de transport du lithium dans des électrolytes hybrides de batterie « tout-solide »

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

Laboratoire Matériaux

chimie et/ou électrochimie

01-10-2020

SL-DRT-20-0872

thibaut.gutel@cea.fr

Stockage électrochimique d?énergie dont les batteries pour la transition énergétique (.pdf)

Le sujet entre dans le cadre du programme FOCUS "Simulation multi-échelle des batteries appliquée aux matériaux d'électrodes". Le remplacement des électrolytes liquides par des phases conductrices ioniques à l'état solide (polymère, céramique ou hybride) est considéré comme une des voies les plus prometteuses pour améliorer les performances électrochimiques et la sécurité des accumulateurs au lithium de prochaines générations. Cependant, l'amélioration de la conductivité ionique de ces systèmes complexes reste un verrou technologique majeur. De fait, la compréhension et la modélisation des mécanismes mis en jeu dans le transport du lithium au sein de matériaux aux propriétés différentes sont indispensables au développement et à l'optimisation de ces batteries « tout solide ». Dans ces travaux de thèse, nous nous proposons d'étudier un cas type d'électrolyte solide hybride formé par la dispersion d'une céramique et d'un sel de lithium au sein d'une matrice polymère en utilisant une approche couplée électrochimie/caractérisation/simulation. Des systèmes enrichis sélectivement en isotopes du lithium (6Li ou 7Li) seront testés électrochimiquement puis analysés en spectrométrie de masse (TOF-SIMS) et en RMN à l'état solide afin de quantifier l'évolution du ratio isotopique à l'échelle locale et globale et ainsi identifier les mécanismes de transport du lithium dans ses électrolytes à l'aide de modèle physique. A terme, les méthodes de caractérisations avancées mises en ?uvre dans cette thèse fourniront des paramètres physiques d'entrée aux modèles afin de prédire la réponse électrochimique du milieu électrolytique et, in fine, de proposer des pistes sur la sélection et la modification des matériaux ainsi que sur l'optimisation des formulations d'électrolytes hybrides afin d'élaborer des stratégies pour améliorer leurs performances (conductivité ionique mais aussi stabilité électrochimique).

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Développement et compréhension des mécanismes d'action des traitements de surface pour la protection des matériaux d'électrodes

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

Laboratoire Matériaux

Master 2 Scineces des matériaux, chimie

01-09-2020

SL-DRT-20-0873

david.peralta@cea.fr

Stockage électrochimique d?énergie dont les batteries pour la transition énergétique (.pdf)

Les futures générations de batteries Li-ion devront procurer une grande autonomie aux futurs véhicules électriques et par conséquent intégrer des matériaux d'électrodes permettant d'obtenir des cellules à très fortes énergies. Les performances électrochimiques des matériaux sont repoussés à leurs limites théoriques et souffre d'une perte de stabilité en fonctionnement dans ces conditions. Dans le cas de batterie utilisant des électrolytes liquides et de façon encore plus critique avec des électrolytes solides, la stabilité (électro-)chimique de l'interface matériau actif/électrolyte joue un rôle primordial du point de vue des performances et de leur durée de vie mais a également une influence lors de leur mise en ?uvre utilisant les procédés envisagées pour la fabrication de batteries tout solide. Une stratégie d'amélioration consiste à traiter la surface des matériaux d'électrode afin de limiter leurs réactivités vis-à-vis des électrolytes. De nombreux traitements de surfaces ont été reportés dans la littérature (AlF3, Al2O3, MgO, MnO2?) et ont démontré qu'une couche de passivation de seulement quelques nanomètres peut considérablement limiter les réactions parasites augmentant ainsi la durée de vie (ex : Al2O3) et/ou améliorer durablement les propriétés des interfaces (i.e la conductivité ionique) pour de meilleures performances en puissance (AlF3). Malgré le nombre important de publications vantant les bénéfices de ces traitements, peu de travaux traitent de la compréhension des phénomènes induits par la modification de cette interface. La thèse aura pour but de répondre aux questions suivantes : (1) pourquoi le traitement de surface améliore les performances et (2) comment un traitement de surface peut limiter les réactions parasites entre le matériau de cathode et l'électrolyte (solide ou liquide). L'étudiant sélectionné travaillera au sein du LM (laboratoire des matériaux pour les batteries) qui est en charge de la synthèse et caractérisation des matériaux de batterie. Le doctorant travaillera sur deux aspects : la modification des interfaces par traitement de surface et sur la caractérisation physico-chimique des composés synthétisés. Pour ce sujet, nous recherchons un étudiant en fin de master ou en dernière année d'école d'ingénieur. Le candidat devra être obligatoirement spécialisé en chimie des matériaux (synthèse ou caractérisation).

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Etude du collage SAB pour l'élaboration d'hétérostructure

Département des Plateformes Technologiques (LETI)

Laboratoire

Master Recherche électronique , microélectronique

01-10-2020

SL-DRT-20-0874

frank.fournel@cea.fr

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

Le sujet porte sur l'étude des collages fait par activation ionique sous ultra-vide (SAB). Le but est de revisiter les mécanisme du collage direct à la lumière de cette technique est utilisant nous moyen de caractérisation qui nous ont permis d'établir nos mécanisme pour le collage direct hydrophile. L'impact d'un collage très important dès la température ambiante pourrait apporter un éclairage très intéressant à nos mécanisme et à celui de Smart Cut. En parallèle, la fabrication d'hétérostructure par SAB sera regardé avec la capacité de fabriquer des films contrainte de Germanium ou de silicium par exemple.

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Module d'imagerie 3D à optique intégrée

Département d'Optronique (LETI)

Laboratoire Architecture Systèmes Photoniques

Master 2 physique, photonique, électronique

01-10-2020

SL-DRT-20-0876

laurent.frey@cea.fr

Photonique, imageurs et écrans (.pdf)

La capture d'images de distance, ou 3D sensing, est une fonction clé dans de nombreux domaines applicatifs émergents tels que la reconnaissance faciale, la réalité augmentée, la robotique ou les drones. Le CEA ambitionne de développer un nouveau module de « 3D sensing », inspiré du Lidar, et intégrant plusieurs composants innovants à partir de la source lumineuse cohérente jusqu'au photo-détecteur. La thèse proposée portera sur la définition d'une architecture d'optique intégrée couplée à un système optique d'imagerie, la simulation optique avec logiciel de calcul interne ou commercial, la réalisation en salle blanche micro-électronique, la caractérisation électro-optique des composants individuels, la mise en place d'algorithmes de traitement du signal et des images, et la preuve de concept du système complet, dans la perspective de sa miniaturisation et intégration par exemple dans un smartphone. Le travail se déroulera en étroite collaboration avec une équipe de recherche qui mettra au point au préalable une première version du système en espace libre. Un transfert industriel est envisagé au terme des développements.

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Dispositifs intégrés SiNSOI à perte ultra-faibles pour QKD à haut débit par multiplexage en longueur d'onde

Département d'Optronique (LETI)

Laboratoire d'Intégration Photonique sur Silicium

Master 2 microélectronique, optique

01-10-2020

SL-DRT-20-0877

corrado.sciancalepore@cea.fr

Photonique, imageurs et écrans (.pdf)

Les principales activités de cette proposition de thèse consisteront à réaliser des structures photoniques au silicium pour l'amélioration des protocoles de distribution de clés quantiques (QKD). Les objectifs finaux aborderont les deux principales stratégies actuellement utilisées pour le QKD, le QKD par decoy states et le QKD basé sur l'intrication. Des dispositifs photoniques au silicium à très faible perte seront utilisés pour obtenir des fonctionnalités qui seraient impossibles ou trop encombrantes en taille à l'aide de configurations non intégrées et pour la fiabilité du fonctionnement du système qui découle de l'intégration visée. L'intrication est une ressource fondamentale dans l'information quantique et à la base des protocoles les plus exigeants, y compris la cryptographie quantique. A température ambiante, les sources intégrées de silicium de paires de photons intriqués sont extrêmement importantes pour l'adoption généralisée de la communication quantique, mais malgré de nombreuses démonstrations au cours des dix dernières années, il manque toujours une source complète de "clés en main" en silicium de paires de photons intriqués. Dans ce deuxième objectif, nous démontrerons une telle source en intégrant une pompe laser, une source de paires de photons et des étages de filtrage et de démultiplexage sur la même puce.

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Synthèse d'antennes miniatures pour le supergain large bande et la formation de faisceau

Département Systèmes (LETI)

Laboratoire Antennes, Propagation, Couplage Inductif

Master 2 recherche, école d'igénieur, Master of Science en télécommunications, en micro-ondes ou en électronique des hautes fréquences

01-10-2020

SL-DRT-20-0878

antonio.clemente@cea.fr

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

En focalisant le diagramme de rayonnement dans les directions utiles, les antennes directives ouvrent des nouvelles opportunités pour les applications sans-fil en termes d'efficacité spectrale, de déploiement radio sans interférences, réduction de l'impact environnemental, réduction de l'exposition aux champs électromagnétiques et modes d'utilisation. Cependant, les techniques classiques pour améliorer la directivité conduisent généralement à une augmentation significative de la taille électrique de l'antenne. Par conséquence, l'intégration d'antennes directives dans les objets communicants reste limitée. Cette difficulté est particulièrement critique pour les gammes de fréquences inférieures à 3 GHz lorsqu'on vise une intégration dans des objets dont les dimensions sont souvent limitées à quelques centimètres. Des antennes avec une directivité et un gain importants, multi-bandes ou large bande, une taille réduite et avec la possibilité de dépointage électronique du faisceau sont nécessaires pour le développement de nouvelles applications dans le domaine des objets communicants. En effet, le contrôle des propriétés de rayonnement des antennes est une caractéristique importante pour le développement des futurs réseaux de communications intelligents (smart radio) avec un impact limité sur l'environnement. Les études récentes réalisées par le CEA ont permis la démonstration des potentialités des réseaux d'antennes à élément parasites super directifs et le développement conjoint d'une expertise spécifique dans ce domaine. Les travaux de thèse se dérouleront au CEA LETI Grenoble au sein du laboratoire d'antennes et propagation ; les principaux objectifs de ce projet sont : 1. Le développement d'outils analytiques et numériques pour la synthèse, la conception et l'optimisation de réseaux compacts et super directifs, super gain ou à formation de faisceau ; 2. Le développent de nouvelle sources élémentaires pour les réseaux d'antennes compacts ; 3. La réalisation d'un réseau compact et super directif avec dépointage.

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