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Sources de temps optomécaniques

Département Composants Silicium (LETI)

Laboratoire Composants Micro-Capteurs

Master 2/ Ecole d'ingénieur généraliste ou physique appliquée ; formation en nanotechnologies, physique des semi-conducteurs, optique ou télécommunications.

01-09-2020

SL-DRT-20-0592

marc.sansaperna@cea.fr

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

Les sources de temps (reference oscillators) sont des composants utilisés dans la grande majorité des circuits électroniques. 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. 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.

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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

01-10-2020

SL-DRT-20-0594

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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Sécurisation de la cryptographie sur courbes elliptiques contre les attaques par Templates et Horizontales

Département Systèmes (LETI)

Laboratoire Sécurité des Objets et des Systèmes Physiques

Master II en Cryptographie ou Data science ou Ecole d'Ingénieur

01-09-2020

SL-DRT-20-0600

antoine.loiseau@cea.fr

Cybersécurité : hardware et software (.pdf)

Cette étude prend place dans le domaine de la sécurisation des systèmes embarqués et tout particulièrement celui de la cryptographie asymétrique face aux attaques par canaux auxiliaires horizontales et à base de Templates. Des études récentes, appliquées à la cryptographie symétrique, ont permis de construire de nouvelles techniques d'attaques par canaux auxiliaires. En améliorant l'efficacité des attaques par Templates, ces nouvelles attaques permettent de passer outre des contremesures de masquage. Il semble opportun d'étudier en profondeur ces nouveaux outils dans le cadre d'attaques par Templates et horizontales contre de cryptographie asymétrique, notamment pour les courbes elliptiques. L'utilisation du machine learning dans le cadre des attaques par canaux auxiliaires. Le but principal de la thèse est d'évaluer les propriétés de sécurités des ECC face aux attaques par Templates et Horizontales les plus évoluée qui font appels au machine learning. En fonction des résultats obtenus de nouvelles contremesures devront être construites afin de pailler à d'éventuelles nouvelles faiblesses.

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Optimization of the Ni-YSZ Fuel Electrode for a Better Stability of Solid Oxide Cell

Département Thermique Biomasse et Hydrogène (LITEN)

Laboratoire Production d'Hydrogène

Master 2 en matériaux et/ou électrochimie. Des compétences en modélisation seront appréciées.

01-10-2020

SL-DRT-20-0602

karine.couturier@cea.fr

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

Les cellules à oxydes solides ("SOCs" pour "Solid Oxide Cells") sont des convertisseurs électrochimiques fonctionnant à hautes températures qui peuvent transformer un gaz en électricité en mode pile à combustibles (SOFC) ou inversement en électrolyse (SOEC). Ces systèmes ont récemment attiré une attention croissante grâce à une grande flexibilité d'utilisation et des rendements énergétiques très importants. Ces avantages permettent d'envisager diverses applications technologiques qui pourraient offrir des solutions innovantes pour une transition vers un marché de l'énergie renouvelable. Néanmoins, la durabilité des cellules à oxydes solides reste à ce jour insuffisante pour envisager un déploiement industriel à grande échelle. Parmi les différents phénomènes de dégradation, l'évolution microstructurale de l'électrode à hydrogène, classiquement composée d'un cermet de Nickel et de Zircone Stabilisée à l'Yttrium (Ni-YSZ), est reconnue comme étant un mécanisme majeur contribuant au vieillissement de la cellule. La thèse s'inscrit dans cette problématique et vise à étudier les mécanismes de dégradation du cermet Ni-YSZ. Pour atteindre cet objectif, une approche intégrée couplant (i) tests électrochimiques, (ii) modélisation et (iii) caractérisations microstructurales avancées sera mise en ?uvre. Une fois le mécanisme précisément compris, des solutions seront proposées en termes d'optimisation des microstructures et des matériaux.

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Transmission de puissance sans fil basse fréquence pour l'alimentation de systèmes autonomes

Département Systèmes (LETI)

Laboratoire Autonomie et Intégration des Capteurs

Ecoles d'ingénieurs en électronique / mécanique ou M2 avec une composante mécatronique

01-09-2020

SL-DRT-20-0615

pierre.gasnier@cea.fr

Systèmes cyberphysiques - capteurs et actionneurs (.pdf)

Les technologies de transmission de puissance sans fil (TPSF) sont en pleine expansion, notamment pour la recharge sans fil de systèmes électriques (téléphone, voiture électrique,etc). Toutefois, ces technologies ont une portée de transmission limitée et leur haute fréquence de fonctionnement interdit toute transmission d'énergie en présence ou à travers des milieux conducteurs (parois métalliques ou eau de mer), ce qui limite leur adoption en milieux complexes (industriels, militaire). La technologie TPSF basse-fréquence que nous proposons est basée sur un système électromécanique comprenant deux bobines et un aimant. Ce type de technologie possède l'intérêt de pouvoir alimenter des noeuds de capteurs sans fil pour une variété d'applications (le suivi de santé de structures en environnement isolé est un exemple parmi d'autres). Le but de la thèse est d'étudier l'ajout d'une conversion piézoélectrique au niveau du récepteur. Ce système dit « hybride » (électromagnétique/piézoélectrique) tirera parti des avantages de chaque convertisseur, dans le but d'améliorer les performances du récepteur pour, in fine augmenter la maturité de la technologie (augmentation des portées, densités de puissance, etc). Dans ce contexte, la thèse consistera à étudier, développer et tester les performances de solutions de TPSF hybride. Le candidat sera amené à développer des modèles analytiques et numériques pour identifier les paramètres d'influence du système couplé et comparer ses performances à la littérature. Le candidat devra aussi développer des électroniques de conversion d'énergie innovantes adaptées. Une optimisation conjointe du système électromécanique et de son électronique associée mènera à la réalisation d'un système complet de transmission de puissance sans fil performant. Le but final de la thèse est l'analyse et la compréhension des avantages et des limites de cette technologie hybride. Un profil pluridisciplinaire orienté physique et mécatronique est recherché pour cette thèse. En plus de solides bases théoriques, le doctorant devra posséder des capacités à travailler en équipe et une aptitude à l'expérimentation. Le doctorant sera intégré au Département Systèmes du CEA-Leti, au sein d'une équipe de chercheurs possédant de fortes compétences sur le développement et l'optimisation de systèmes électroniques et mécatroniques alliant des solutions innovantes pour la récupération d'énergie, la transmission de puissance sans fil, l'électronique basse consommation et l'intégration de capteurs pour le développement de systèmes autonomes.

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Mécanismes de dégradation de l'électrode à oxygène en Ferro-cobaltite de Lanthane dopée au Strontium pour cellules à oxydes solides

Département Thermique Biomasse et Hydrogène (LITEN)

Laboratoire Production d'Hydrogène

Master 2 en matériaux et/ou électrochimie. Des compétences en modélisation seront appréciées.

01-10-2020

SL-DRT-20-0622

bertrand.morel@cea.fr

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

Les cellules à oxydes solides ("SOCs" pour "Solid Oxide Cells") sont des convertisseurs électrochimiques fonctionnant à hautes températures qui peuvent transformer un gaz en électricité en mode pile à combustibles (SOFC) ou inversement en électrolyse (SOEC). Ces systèmes ont récemment attiré un attention croissante grâce à une grande flexibilité d'utilisation et des rendements énergétiques très importants. Ces avantages permettent d'envisager diverses applications technologiques qui pourraient offrir des solutions innovantes pour une transition vers un marché de l'énergie renouvelable. Néanmoins, la durabilité des cellules à oxydes solides reste à ce jour insuffisante pour un déploiement industriel à grande échelle. Parmi les différents phénomènes de dégradation, la déstabilisation du matériau d'électrode à oxygène, classiquement composé d'une Ferro-Cobaltite de Lanthane dopée au Strontium (LSCF), contribue significativement au vieillissement de la cellule. Dans ce contexte, le travail de thèse consistera à étudier les mécanismes contrôlant la démixtion du matériau d'électrode à oxygène associée à des phénomènes de diffusion des éléments chimiques. Pour ce faire, une approche expérimentale et de modélisation sera adoptée. Des tests électrochimiques de longues durées seront réalisés et les électrodes vieillies seront caractérisées par fluorescence et diffraction des rayons X synchrotrons à l'échelle nanométrique. Les données acquises seront introduites dans une modélisation multi-échelle pour analyser les résultats. Des recommandations sur les matériaux et les conditions de mises en forme seront finalement proposées en vue d'améliorer la durée de vie des cellules.

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