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Conception, fabrication et caractérisation de composants photoniques Silucium sub-longueur d'onde par lithographie à immersion

Département d'Optronique (LETI)

Laboratoire d'Intégration Photonique sur Silicium

Ecole d'ingénieur ou Master Physique de la matière condensée, Composants et matérieux Semiconducteurs et/ou micro nanotechnologie

01-10-2020

SL-DRT-20-1042

cecilia.dupre@cea.fr

Photonique, imageurs et écrans (.pdf)

Les besoins en communications de données ont explosé ces dernières années. Pour répondre à cette demande, les liaisons optiques utilisées pour les communications longues distances sont maintenant déployées pour des distances moyennes, dans les datacenters. Les composants fabriqués en photonique Si répondent à ces besoins : ils bénéficient des technologies CMOS permettant ainsi des coûts faibles de fabrication, des performances élevées et d'excellents rendements. La structuration sub-longueur d'onde du Silicium permet d'obtenir de nouvelles propriétés optiques de ces composants. Cette structuration périodique du guide optique en Silicium a déjà été exploré et a démontré des propriétés fortement améliorées : réduction des pertes et augmentation significative de la bande passante. Par ailleurs, le CEA-Leti dispose d'une plateforme photonique Si comprenant un outil de lithographie à immersion permettant de définir des de manière robuste et précise ces nouveaux composants aux dimensions agressives (50nm). Les objectifs de cette thèse sont de (i) dimensionner de nouveaux composants large bande et faibles pertes en utilisant la structuration sub longueur d'onde (ii) mettre en oeuvre leur fabrication au sein d'une plateforme Si pour aller au-delà des démonstrations laboratoires déjà disponibles et (iii) caractériser les composants obtenus. Cette thèse basée au CEA-Leti (Grenoble) se déroulera en étroite collaboration avec le C2N-CNRS (Paris-Saclay).

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Végé-voltaïque : Approche solaire pour la conception d'un quartier vert : Optimisation du couplage entre le solaire photovoltaïque et la végétation à différentes échelles

Département des Technologies Solaires (LITEN)

Laboratoire enveloppe et Intégration du PhotoVoltaïque

Ingénieur Génie Civil, Génie Energétique, Généraliste, Matériaux, Science du vivant

01-10-2020

SL-DRT-20-1046

ya-brigitte.assoa@cea.fr

Energie solaire pour la transition énergétique (.pdf)

L'atteinte des objectifs énergétiques européens demande la conception de quartiers plus verts, donc leur végétalisation, mais aussi l'intégration d'énergies renouvelables telles que le solaire photovoltaïque. Un agencement optimal de ces deux éléments est indispensable avec la densification urbaine suivant leurs contraintes spécifiques, parfois en conflit, pour un bon rendement énergétique et de croissance (occupation de superficies au sol ou sur le bâtiment, conditions météorologiques?). Cette thèse a pour objectif une analyse approfondie des critères de dimensionnement d'installations solaires et des plants de végétation permettant leur symbiose dans le paysage urbain. Le travail consistera en l'étude numérique et expérimentale à différentes échelles (bâtiment et au sol) de solutions optimisant le choix de la technologie photovoltaïque selon le type de plantes et l'impact visé sur leur vitesse de croissance et leur durée de vie, ainsi que leur disposition. Une approche de conception optimisée du système basée sur la gestion des échanges thermiques (émissivité en face arrière) et optiques (transmission et réflexion du rayonnement solaire) entre le module photovoltaïque et les plantes environnantes sera définie. Un modèle thermique, électrique et optique validé suivant les solutions définies de dispositions du système module PV et plantes (bâtiment, au sol et sur structure support) sera proposé.

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Nouvelle génération de masques codés pour l'imagerie des rayonnements ionisants

Département Métrologie Instrumentation et Information (LIST)

Laboratoire Capteurs et Architectures Electroniques

Formation Master 2 ou Ecole d'Ingénieurs en Instrumentation Nucléaire et Mesure Physique

01-10-2020

SL-DRT-20-1056

vincent.schoepff@cea.fr

Usine du futur dont robotique et contrôle non destructif (.pdf)

La localisation de points chauds radioactifs constitue une problématique majeure pour la caractérisation radiologique de l'état initial d'une installation lors de son démantèlement. Des outils spécifiques ont été développés depuis de nombreuses années par différentes équipes de recherche dans le monde afin de détecter, localiser et quantifier les différents types de rayonnements émis par les noyaux radioactifs d'intérêt. Des systèmes d'imagerie miniatures, équipés de masques codés (collimateurs à trous multiples disposés suivant un motif mathématique spécifique) et de détecteurs semi-conducteurs pixélisés, ont été développés au cours des vingt dernières années, notamment par les équipes du CEA List et du CEA IRFU qui proposent ce sujet. Pour autant, de par leur nature, l'imagerie des rayonnements ionisants de haute énergie (gamme d'énergie d'intérêt comprise entre 10 keV et 2 MeV) pose encore des défis que nous proposons de relever dans le cadre du présent sujet. Le sujet proposé vise à développer une nouvelle génération de masques codés à très grand champ de vue, réalisés par des techniques d'usinage sophistiquées et/ou des procédés d'impression métallique 3D, permettant d'optimiser les performances dans le domaine de l'imagerie gamma et également de l'imagerie neutronique. Les recherches prévues dans le cadre de ces travaux porteront sur deux types d'encodage : l'encodage spatial non linéaire avec des masques 3D (hémisphériques, coniques ou polyédriques) et l'encodage temporel (mise en mouvement du masque pour permettre une modulation temporelle des signaux, voie généralement considérée comme risquée dans les systèmes et rarement étudiée). Les deux approches d'encodage seront étudiées indépendamment et successivement puis couplées, dans un souci d'optimisation des performances.

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Développement de sources surfaciques uniformes par fonctionnalisation pour le démantèlement

Département Métrologie Instrumentation et Information (LIST)

Laboratoire de Métrologie de l'Activité

M2 ou équivalent en chimie / sciences des matériaux

01-10-2020

SL-DRT-20-1058

valerie.lourenco@cea.fr

Le démantèlement des installations nucléaires ainsi que la gestion des déchets radioactifs produits lors de cette étape sont des préoccupations majeures sans doute destinées à se renforcer avec le vieillissement du parc européen. Améliorer la qualification des dispositifs d'évaluation de la contamination permettrait d'analyser de façon plus précise et d'orienter idéalement plus rapidement les déchets produits vers la filière adéquate pour contribuer à la maîtrise des coûts induits. Le sujet de thèse se focalise sur les cas répandus où l'activité est présente sur/dans des surfaces, planes ou incurvées, ainsi que dans des conduites. L'objectif de la thèse est de réaliser des sources surfaciques uniformes, traçables, planes ou cylindriques, voire déformables, avec une atténuation limitée des rayonnements (cas des émetteurs bêta purs ou alpha). La plus-value associée à la traçabilité de ces sources réside dans la maîtrise du niveau d'activité déposée, quel que soit le radionucléide considéré. L'approche retenue est la fonctionnalisation d'un substrat pour immobiliser et répartir de manière uniforme les radionucléides sans trop atténuer les rayonnements émis, tout en garantissant que la surface reste non contaminante. La formation de liaisons chimiques fortes avec la surface garantira la stabilité de la couche formée et l'affinité chimique avec les molécules complexantes greffées vise à immobiliser durablement l'activité. Le choix de la méthode de fonctionnalisation dépend du substrat sur lequel l'accroche a lieu (métallique, polymère, conducteur ou non, souple ou rigide). L'autre extrémité de ces molécules peut être fonctionnalisée afin de les rendre spécifiques des radionucléides cibles. Les tests de sources surfaciques seront réalisés en premier lieu avec l'Am-241, à la fois émetteur alpha et gamma basse énergie, et des émetteurs bêta, purs ou non, d'intérêt pour l'élaboration des spectres types des déchets. La problématique des grandes surfaces et surtout le critère d'uniformité de la source (variabilité de l'activité surfacique < 10 %, incertitudes comprises) contraignent la méthode à employer pour la fonctionnalisation de la surface. L'évaluation de l'uniformité de la répartition de l'activité sur la source sera notamment réalisée par autoradiographie, technique d'imagerie dont le signal est proportionnel à l'activité.

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Amélioration et compréhension de la tenue des générateurs solaires à base de cellule silicium sous environnement sévère

Département des Technologies Solaires (LITEN)

Laboratoire Photovoltaïque à Concentration

01-09-2020

SL-DRT-20-1061

philippe.voarino@cea.fr

Energie solaire pour la transition énergétique (.pdf)

La thèse s'effectuera à l'interface de plusieurs laboratoires du Département des Technologies Solaire (DTS) du CEA situé au Bourget du Lac sur le campus de l'Institut National pour l'Energie Solaire (INES). L'objectif de cette thèse est d'améliorer la tenue aux conditions environnementales (radiations, e/H+, UV, cyclage thermique) des générateurs solaires spatiaux à base de cellules solaires silicium, et de mieux comprendre les mécanismes de dégradations cellules/matériaux associés. En contrôlant finement la fabrication des cellules (dopage, impureté, architecture, etc.) et des modules (Matériaux, épaisseur, architecture, piégeage optique, etc.), il est possible d'améliorer la performance des modules Silicium en fin de vie tout en conservant un prix (?/W) compétitif, inférieur de 1 à 3 ordre de grandeur à des modules III-V spatiaux.

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Modélisation de la flexibilité des consommations énergétiques à plusieurs échelles spatiales et temporelles

Département des Technologies Solaires (LITEN)

Laboratoire Systèmes Electriques Intelligents

Master 2 en énergie

01-10-2020

SL-DRT-20-1068

xavier.lepivert@cea.fr

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

Dans un contexte d'intégration massive de production renouvelable non pilotable (éolien et photovoltaïque), l'impératif « production = consommation » impliquera dans l'avenir d'agir de plus en plus sur le second terme de cette égalité. De nombreuses questions se posent sur le potentiel réel de flexibilité de la consommation dans un cadre smartgrid, et ce suivant le niveau géographique auquel on se place mais aussi la plage temporelle d'activation. Le pilotage des flexibilités ainsi que leur valorisation, vont nécessiter des modèles variés, différents suivant les marchés (services systèmes, SPOT, intraday, ajustement) et le niveau géographique considéré (habitat individuel, collectif, quartier, ville). La thèse s'attachera à développer : - Des modèles de consommations électriques et de flexibilités associées à ces consommations - Des algorithmes d'apprentissage /paramétrisation de ces modèles. Ces derniers seront orientés « big data ». - Des méthodologies de passage d'un modèle à un autre Pour mener à bien ces travaux, on s'appuiera sur des outils de simulation existants pour les échelles spatiales les plus fines ainsi que sur une base de données de mesures de consommation (Linky).

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