Offre de post-doctorat
Temps plein
39 600€ / an (brut)
Doctorat
Dans le cadre de ce post-doctorat, le candidat aura pour mission de concevoir, évaluer et mettre en œuvre une loi de guidage collaborative de type MPC (Model predictive Control).
Il devra mettre en œuvre une démarche scientifique rigoureuse, analyser les données obtenues, et valoriser les résultats sous forme de publications, communications ou livrables spécifiques.
Le post-doctorant contribuera également à la dynamique collaborative de l’équipe, pourra encadrer ponctuellement des étudiants, et participera à la rédaction de rapports scientifiques.
Fabrication additive de matériaux à gradient de propriété
Offre de post-doctorat
Temps plein
3300€ brut / mois
Doctorat
Chercheur post-doctorant
Face à des événements accidentels (collision, crash, impact de débris, etc.) ou liés au contexte de la mission (agression militaire ou terroriste, etc.), les zones sensibles et fonctionnelles des véhicules terrestres, aéronautiques et spatiaux, ainsi que des navires et sous-marins, nécessitent des systèmes de protection alliant performance balistique et légèreté.
L’optimisation numérique de ces systèmes de protection s’est longtemps heurtée au problème de leur fabrication. Cette limite a été en partie surmontée grâce au développement continu des techniques de fabrication additive, qui permettent désormais de produire des matériaux fonctionnels à l’architecture complexe. Souvent évalués de manière statique ou sous impact à faible vitesse, les performances de ces matériaux sous impact à grande vitesse restent lacunaires.
L’objectif de ce projet est d’utiliser la fabrication additive métallique pour développer des matériaux à gradient de propriétés et d’évaluer leur performance dans des applications d’absorption d’énergie balistique.
Centre des Opérations Aériennes de Lasbordes
Le centre des opérations aériennes de l’ISAE-SUPAERO, situé à l’aérodrome de Lasbordes, dispose d’une flotte de 8 avions légers pour l’enseignement et la recherche dans les domaines de la mécanique du vol et la neuroergonomie.
La flotte est composée de :
- 4 monomoteurs biplaces Aquila dédiés à l’instruction initiale au pilotage
- 3 monomoteurs quadriplaces DR400 dédiés à l’instruction initiale au pilotage, à la formation des élèves de l’ISAE-SUPAERO, et aux activités de recherche
- 1 bimoteur Vulcanair P68 Observer 2 équipé d’une installation de mesure et dédié à la formation des élèves et aux activités de recherche.
Cet avion dispose d’un système de télémesure permettant de suivre un vol en temps réel depuis les salles de cours de l’institut. Il dispose également de capteurs capables d’enregistrer l’activité oculaire du pilote (Eye trackers), l’activité cérébrale, etc. Polyvalent et doté d’une charge utile importante, il a aussi la capacité de mettre en œuvre des capteurs optiques grâce à une trappe sous le fuselage.
L’unité de maintenance du COAL, assure la mise en œuvre quotidienne des aéronefs, la maintenance de la flotte et le suivi réglementaire de la navigabilité.
De plus, elle prépare et instruit les dossiers de modification d’aéronefs nécessaires à la réalisation des vols de recherche ou de formation.
Les activités du COAL
- L’apprentissage du pilotage sur avions légers ouvert aux étudiants des cursus ingénieurs et master.
- La réalisation de travaux pratiques de mécanique du vol et d’initiation aux techniques des essais en vol au profit des étudiants et de la formation continue.
- La réalisation de vols de recherche dans le domaine des facteurs humains et tout domaine nécessitant l’emport de capteurs en vol.
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Groupe scientifique « Théorie, Modélisation et Ingénierie des Systèmes » (ThéMIS)
Nos axes de recherche
Notre mission est de répondre aux défis posés par la conception de systèmes toujours plus intégrés, autonomes et critiques, en alliant recherche théorique, méthodologie de modélisation et mise en œuvre de processus d’ingénierie.
ThéMIS vise à développer des solutions robustes et innovantes en s’appuyant sur une approche interdisciplinaire combinant modélisation, optimisation et validation. Nous collaborons avec des partenaires académiques et industriels pour répondre aux besoins des secteurs critiques et préparer les technologies de demain.
Les recherches menées au sein du groupe de recheche ThéMIS se situent dans les domaines :
Théorie
- Conception préliminaire des systèmes complexes et exploration de l’espace de conception
- Architecture et analyse des compromis
- Sémantique des modèles et des méthodes formelles de vérification et validation (V&V)
- Résilience des systèmes (e.g. identification des risques d’obsolescence)
- Prévision et planification stratégique (roadmapping) des technologies
Modélisation
- Ingénierie système basée sur les modèles (MBSE)
- Liens avec l’analyse de sûreté fonctionnelle (MBSA) et l’optimisation pluridisciplinaire (MDAO)
- Transformation des modèles et intégration des outils de validation et vérification
Processus d’ingénierie
- Intégration des méthodologies MBSE, gestion du cycle de vie des produits (PLM) et analyse du cycle de vie (LCA)
Les applications des recherches menées au sein du groupe de recheche ThéMIS se situent dans les domaines :
- Spatial (Segment sol, Véhicules, Satellites),
- Véhicules autonomes (Drones, robots, voitures intelligentes),
- Systèmes socio-techniques complexes (Gestion des infrastructures, interaction homme-machine),
- Systèmes embarqués critiques et systèmes cyberphysiques (Sécurité, fiabilité et performances en environnement contraint).
- MBOKO Jonathan : Evaluation de sécurité de grands systèmes distribués et reconfigurables
- MATHOU Charles : Cadre méthodologique global d’analyse de sécurité des systèmes drones
- SARR Abdoulaye : Analyse et optimisation multidisciplinaire d’un avion à hydrogène.
- STROBBE Charlotte : Conception de systèmes autour de l’utilisateur alliant MBSE et HSI
- GALLOIS Augustin : Eco-Conception d’un Habitat Lunaire
- BEAUDOIN-BUSSIÈRES Ariane : Forecasting pour l’innovation technologique duale dans les écosystèmes stratégiques
- GAO Haochen : Participatory design tools and systemic methods for multimodal air-rail systems
- MORDEL Valentin : Tolérance aux fautes et reconfiguration fiable dans une architecture automobile HPC/ZCU
- CIETTO Maisa : Identification et modélisation des inefficacités du système de transport aérien
- LEMOUSSU Sophie : Une approche basée sur les modèles pour les PMEs innovantes de l’industrie aéronautique
- SCHWARTZ Sébastien : Couplage simulation déterministe et non-déterministe pour la maintenance prédictive
- MONTERO JIMENEZ Juan José : Réutilisation des connaissances pour l’amélioration de l’architecture des systèmes pour la maintenance prédictive
- VIDOT Eric-Guillaume : Vers la certification des systèmes avioniques basés sur l’apprentissage automatique : exploitation des preuves mathématiques pour garantir la fiabilité
- AKRIM Anass : Prédiction de durées de vie restante de composants aéronautiques par des approches de deep learning
- AIELLO Ombeline : Validation anticipée de conceptions de systèmes par une approche d’ingénierie conjointe basée modèles et optimisation
- SALAS CORDERO Sophia : Premières phases de la conception de systèmes complexes : considérations d’obsolescence du point de vue du MBSE
- RAZAFIMAHAZO Eric : Approche d’Ingénierie Système pour concevoir des systèmes multi-usages en mission à l’intérieur de bâtiments
- GAUTHIER Morgan : Optimisation architectural d’applications automobiles sur composants MpSoC
- BORNES Laetitia : L’ingénierie des systèmes interactifs entre science du design et design comme science
enseignants-chercheurs
thèses en cours
thèses soutenues
Nos enseignements
Les membres du groupe ThéMIS interviennent dans les formations de l’ISAE-SUPAERO : cursus ingénieur généraliste, cursus ingénieur de spécialité génie industriel par apprentissage, Master’s degree of Aerospace Engineering (MAE) et divers programmes de Mastère Spécialisé® (MS).
Le groupe gère la Majeure « Systems Engineering » du MAE (environ 30 étudiants/promotion) et le MS « Systems Engineering » (environ 10 étudiants/promotion).
Des membres du groupe sont impliqués dans d’autres responsabilités, notamment la direction de l’École Doctorale Systèmes de l’Université de Toulouse.
Nos projets
Nouvelles méthodes de conception, d’analyse et de qualification visant à assurer la certification des drones.
Méthodes de vérification formelle pour systèmes spatiaux. Développement du model-checker intégré à la plate-forme de développement TASTE de l’ESA (https://taste.tools), en collaboration avec UGA/Verimag, GMV et ESA/ESTEC.
Chaire « Système de Transport Aérien Intégré » avec Thalès Group : cette chaire de mécénat, de recherche et d’enseignement s’appuie sur les compétences de l’ISAE-SUPAERO en optimisation des opérations aériennes et en approche système, et sur celles du Groupe Thalès en avionique de vol, en connectivité et en contrôle du trafic aérien.
Nos membres permanents
- Iulian OBER (responsable de l’équipe)
- Rob VINGERHOEDS
- Pierre DE SAQUI-SANNES
- Jean-Charles CHAUDEMAR
Responsable Groupe ThémIS
Groupe Thémis | Membres 2025
Nos partenaires
Industriels
Académiques
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Groupe scientifique « Apprentissage, Décision, Optimisation » (ADO)
Nos axes de recherche
Nos travaux portent sur les systèmes d’aide à la décision, depuis la collecte des données jusqu’à leur interprétation pour prendre la meilleure décision
Notre question scientifique commune est : « Quels sont les modèles et les algorithmes qui conduisent à un processus d’apprentissage ou de décision ? ».
Pour répondre à cette question, le groupe ADO s’appuie et contribue aux techniques de l’intelligence artificielle (apprentissage par renforcement, algorithmes évolutionnaires, programmation par contraintes) et du génie industriel (recherche opérationnelle, gestion des connaissances, ingénierie des systèmes).
Les applications des recherches menées au sein du groupe de recheche ADO se situent dans les domaines :
- Aéronautique et Espace : Observation de la Terre et Véhicules autonomes,
- Systèmes de production : Configuration des systèmes et programmation d’ateliers,
- Industrie X.0 : Maintenance préventive.
doctorants et post-doctorants
chercheurs
axes de recherche
modules d'enseignement
Nos enseignements
Notre groupe de recherche est fortement impliqué dans les formations d’excellence de l’ISAE-SUPAERO, aussi bien dans le cursus ingénieur que dans les programmes de master. Nous nous investissons pleinement dans l’enseignement en proposant des cours alliant théorie et application, afin de garantir aux étudiants une formation ancrée dans les dernières avancées scientifiques et technologiques.
Nous encourageons et favorisons la participation à des projets de recherche pour permettre à nos étudiants de développer des compétences pratiques et méthodologiques essentielles dans le domaine des systèmes d’aide à la décision.
Nous intervenons dans les modules suivants :
- Filière de troisième année « Sciences de la Décision »,
- Parcours « Sciences des données et de la Décision »,
- Parcours « Génie Industriel ».
- F-SD320 « Supply Chain »,
- F-SD321 « Production »,
- F-SD322 « Modélisation et Simulation »,
- F-SD323 « Qualité et SI ».
- F-SD311 « Machine Learning »,
- F-SD312 « Big Data »,
- F-SD313 « Eco. Numérique »,
- F-SD314 « Cas d’étude »,
- F-SD319 « Séminaires ».
Nos partenaires
Responsable Groupe ADO
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Groupe scientifique « Mathématiques Appliquées » MA
Nos axes de recherche
Un des champs d’étude privilégiés, permettant de regrouper presque tous ces thèmes, est celui de l’étude théorique et numérique des problèmes liés aux interactions fluide-structure.
Ces actions de recherche se font en collaboration avec les grands acteurs toulousains : Institut de Mathématiques de Toulouse (Université Paul Sabatier-INSA), ONERA ou encore Institut Clément Ader (ICA), mais aussi avec d’autres partenaires nationaux et internationaux.
Le groupe de recherche de Mathématiques Appliquées (MA) est constitué de sept enseignants-chercheurs et un ingénieur-chercheur.
Les contributions sont principalement réalisées dans les thèmes de recherche suivants :
*Le découpage présenté ci-dessous n’est pas strict : des interactions existent.
Dans cet axe de recherche, on s’intéresse à divers aspects du contrôle et de la stabilisation ou stabilité de solutions à des équations aux dérivées partielles. Pour être plus précis :
- Contrôle des équations aux dérivées partielles
- Interaction Fluide-Structure
- Systèmes Hamiltoniens à Ports d’Interactions (pHS)
L’idée sous-jacente aux systèmes Hamiltoniens à ports d’interactions est de décrire la dynamique d’un système à l’aide de l’énergie physique du système (appelé le Hamiltonien).
En particulier, cela permet de traiter de manière générale les non-linéarités (Hamiltonien non quadratique). L’analyse du problème de Cauchy associé est toujours un sujet actif de recherche dans le cas de systèmes de dimension infinie (typiquement des équations aux dérivées partielles non-linéaires).
Les ports d’interactions consistent classiquement en un contrôle et une observation (entre autres) colocalisés permettant de coupler différents pHs. Le système résultant est alors encore un pHs. Il existe des structures algébriques subordonnées aux pHs : les structures de Dirac.
La simulation numérique des pHs appellent des méthodes numériques particulières permettant de préserver le Hamiltonien (ou plus précisément l’existence d’une structure de Dirac associée au système discrétisé).
Notons également que la stabilisation en boucle fermée est facilement obtenue dans les pHs, et qu’ils permettent également, au moins en dimension finie, de prendre en compte des contraintes sous forme d’équations algébriques couplées au système dynamique.
- Systèmes Différentiels Fractionnaires et Diffusifs (SDF)
- Systèmes linéaires bien posés (Well-Posed Linear Systems : WPLS)
Dans cet axe de recherche, on s’intéresse à l’optimisation numérique et à l’optimisation multidisciplinaire dans le cadre de la conception avant projet. Pour être plus précis :
- Développement et analyse d’algorithmes d’optimisations (déterministes et stochastiques)
- Résolution de systèmes linéaires de grande taille et pré-conditionnement
- Propagation d’incertitudes (UQ)
- Analyse de sensibilité
- Modèles de substitution
- Calcul haute performance (HPC)
Dans cet axe de recherche, on s’intéresse à l’application des probabilités et de la statistique à des problèmes concrets rencontrés par les industriels. Pour être plus précis :
- Analyse de performance des réseaux de communication
- Analyse de sensibilité
- Arbres aléatoires
Nos partenaires
Responsable Groupe MA
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Groupe scientifique « Conception et Analyse des Systèmes Critiques » CASC
Nos axes de recherche
Le groupe Conception et Analyse des Systèmes Critiques (CASC) – s’intéresse aux méthodes et outils supports à l’Ingénierie des Systèmes, avec comme objectifs :
- d’étendre l’état de l’art en termes de sûreté de fonctionnement du logiciel, de la conception du modèle initial jusqu’à la cible matérielle, ainsi que dans la définition et l’exploitationd’outils support pour la simulation/vérification formelle.
- de contribuer à la définition et la modélisation formelle de nouvelles architectures systèmes, et à l’intégration de nouvelles fonctionnalités logicielles telles que celles issues de l’IA.
Le groupe CASC couvre plusieurs facettes de l’ingénierie d’un système à logiciel prépondérant : conception, vérification et validation de systèmes critiques, déploiement sur cibles matérielles et enfin simulation distribuée et temps réel.
Nos contributions sont appliquées au domaine aéronautique et spatial, mais aussi plus largement aux systèmes embarqués et cyberphysiques. Ces contributions sont présentées au travers des publications sur OpenScience et des logiciels dont certains sont librement diffusables.
Le groupe CASC est organisé autour de deux thèmes de recherche :
Le thème Méthodes formelles et Langages dédiés s’intéresse à la sémantique formelle des langages de programmation ainsi que des programmes et de leurs spécifications, appliqués particulièrement aux langages adaptés à la conception de systèmes critiques embarqués.
L’utilisation des méthodes formelles (preuves de programme, méthodes SAT/SMT, correction par construction, …) pour la conception rigoureuse de fonctions avioniques peut se décliner sur les différentes étapes de conception et d’implantation d’un produit : vérification de cohérence au niveau de l’architecture, preuve de bon fonctionnement des outils de transformation de modèles/génération de code, preuve de la correction du code applicatif à embarquer.
L’étude des langages dédiés (réactifs synchrones, probabilistes, etc) et de leurs aspects sémantiques permet de s’assurer de l’embarquabilité des programmes pour la réalisation de fonctions avioniques par exemple, en tenant compte des exigences et contraintes fortes du domaine, tant en termes de ressources de calcul que d’implantation de fonctions avancées à base d’IA (réseaux de neurones ou apprentissage par inférence bayésienne).
Le thème Architecture et Simulation des systèmes cyberphysiques se concentre sur les étapes de V&V de systèmes critiques, notamment en lien avec la plateforme PRISE.
- Architectures avioniques nouvelles : prise en compte des nouveaux paradigmes processeurs et réseaux, et leur intégration sûre dans une plateforme avionique (projet SMARTIES)
- Embarquabilité d’applications sur achitectures hybrides (CPU, GPU et FPGA), notamment les réseaux de neurones et leurs tâches de décision complexes
- Simulation de systèmes, basés sur des outils de l’état de l’art
- Simulation distribuée temps réel, au travers de l’implantation du standard HLA par l’intergiciel CERTI développé en partenariat avec l’ONERA. CERTI implante les versions 1.3 et 1516 du standard de simulation HLA
- Interopérabilité et couplage de modèles de simulations pour les systèmes cyberphysiques, avec l’outil Ptolemy-HLA. Cet environnement de cosimulation distribuée permettant le couplage de deux outils open-source, Ptolemy II et CERTI/HLA. Il permet de tirer parti des modèles de calcul de Ptolemy, et du standard HLA pour l’interopérabilité et la distribution déterministe des simulations.
Les membres de l'équipe
Membres permanents
- Jannette Cardoso (HdR)
- Jean-Baptiste Chaudron
- Arnaud Dion
- Fabrice Frances
- Christophe Garion
- Christine Tasson (HdR)
- Xavier Thirioux (HdR)
7 Doctorants
Responsable Groupe CASC
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Groupe scientifique SysCo
Nos thèmes de recherche
Pour répondre aux besoins en enseignement de l’Institut, les compétences de l’équipe de recherche SYSCO doivent couvrir tous les domaines d’application du réseau et systèmes connectés dans les différents contextes aérospatiaux.
La vision globale développée par l’équipe a permis d’identifier trois thèmes de recherche majeurs sur lesquels ont été portés les efforts de recherche depuis plusieurs années :
- Réseaux par satellite : transmission des données d’une façon sécurisée et déterministe ;
- Systèmes et réseaux embarqués : conception et analyse de performance des systèmes et réseaux embarqués soumis à des contraintes de déterminisme et de sécurité ;
- Systèmes distribués : stockage distribué fiable et sécurisé à grande échelle.
Chaque enseignant-chercheur contribue à, au moins, deux des trois thèmes de recherche de l’équipe, ce qui permet de générer de multiples collaborations et des contributions transverses en plus des résultats focalisés sur un domaine.
De plus, plusieurs collaborations avec des membres des autres groupes de recherche du département ainsi que d’autres départements (notamment DEOS) sont également prolifiques.
Ces différents travaux de recherche ont été valorisés sous plusieurs formes sur ces 5 dernières années :
- Encadrement de plus d’une vingtaine de doctorants et post-doctorants
- Publication d’une centaine de papiers scientifiques et brevets au niveau international
- Mise en place de trois plate-formes de recherche: Ireal/Satenet pour les réseaux par satellite, Blockchain 4 UAV pour les systèmes distribués et Factoring pour les réseaux embarqués
- Participation à plus d’une dizaine de projets de recherche avec des partenaires industriels et académiques: projets région, projets ANR, projets industriels (TAS,Thales Avionics, AIRBUS), R&T CNES, projets avec l’Institut de Recherche et de Technologie (IRT) Antoine de Saint-Exupéry
Nos verrous scientifiques
Les principaux verrous scientifiques que nous considérons pour faire avancer l’état de l’art dans le cadre de nos travaux dans chacune de ces thématiques de recherche sont :
Pour les réseaux par satellite
- Système dynamique multi-orbite à large échelle et son hétérogénéité avec les réseaux terrestres
- Améliorer la sécurité des protocoles de communication avec la cryptographie post quantique
- Définition et intégration d’un routage sécurisé avec garanties déterministes de QoS (débit, délai).
Pour les réseaux embarqués et systèmes embarqués
- Architectures matérielles hétérogènes ainsi qu’une variété de mécanismes de contrôle d’accès
- Approche conjointe SW et HW pour l’exécution déterministe sur du multicore/ manycore
- Définition et analyse de stratégies d’ordonnancement pour les applications embarquées
- Définition et analyse des mécanismes de sécurité adaptés aux réseaux temps réel
- Méthodes d’évaluation du compromis sécurité/performance.
Dans les systèmes distribués
- Garantir le passage à l’échelle, l’intégrité des données et la mitigation des risques cybersécurité
- Mise en œuvre des mécanismes de cybersécurité et cryptographie post-quantique
- Définition des mécanismes dits "zero knowledge" pour les blockchains et les réseaux pair-a-pair
- Intégration de codes à effacement pour la fiabilisation et l’intégrité du stockage distribué.
Les membres de l'équipe
Ahlem MIFDAOUI (responsable de l'équipe)
- Réseaux temps reel et satellites,
- Routage, QoS
- Cryptographie et Cybersécurité
- Blockchains
- Cryptographie et fiabilité
- Systèmes distribués/Blockchains
- Cryptographie et Cybersécurité, Blockchains
- Réseaux satellites, Routage, QoS
*chef du DISC
- Réseaux et Systèmes temps-réel
- Sûreté de fonctionnement, OS
- Systèmes distribués/Blockchains
- Sûreté de fonctionnement
Responsable d’équipe SysCo
Nos partenaires
Académiques
Au niveau national
Au niveau international
Étatiques et industriels
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Le DMSM à l’Institut Clément Ader (ICA)
En 2019, 90 chercheurs et chercheurs associés organisent et coordonnent leurs activités dans quatre groupes de recherche :
- MSC : Matériaux et Structures Composites
- SUMO : Surface, Usinage, Matériaux et Outillages
- MS2M : Modélisation des Systèmes et Microsystèmes Mécaniques
- MICS : Mesure Contrôle Surveillance
Le DMSM est présent dans trois de ces quatre groupes de recherche : MSC, SUMO, et MS2M.
Implication dans les activités du groupe MSC
Quatre professeurs du DMSM effectuent leurs activités de recherche au sein du groupe Matériaux et Structures Composites Groupe MSC : de l’ICA, principalement dans l’axe SIMU, mais également dans certaines thématiques de l’axe MAPP.
Axe 1 – Structures, impact, modélisation, usinage (S.I.M.U.) :
- Thème 1 : Impact – crash
- Thème 2 : Modélisation du comportement
- Thème 3 : Usinage
Axe 2 – Matériaux, Propriétés et Procédés (M.A.P.P.) :
- Thème 1 : Simulation des procédés
- Thème 2 : Procédés émergents
- Thème 3 : Outillage
- Thème 4 : Matériaux et méthodes innovantes pour l’étude multiéchelles des propriétés
Certaines activités liées aux composites, mais également à des thématiques d’autres groupes de recherche du laboratoire, sont également abordées par l’équipe au sein des axes transverses UMM et ASM de l’ICA. L’équipe développe des partenariats avec des acteurs académiques et industriels, parfois autour de projets multi-partenariaux français ou européens structurants (ANR, FUI,…), ou régionaux.
Académiques
Industriels
Implication dans les activités du groupe SUMO
Trois Professeurs du DMSM alimentent et co-animent les activités de recherche de l’Axe 1 du groupe Surface, Usinage, Matériaux et Outillages (Groupe SUMO).
Axe 1 – Fatigue, Modélisation, Endommagement et Usure (F.A.M.E.U.) :
- Thème 1 : Analyse d’échanges thermiques interfaciaux
- Thème 2 : Tribologie et usure à chaud et à froid
- Thème 3 : Modélisation du comportement et la durée de vie sous sollicitations thermomécaniques
Axe 2 – Propriétés d’Usage et Microstructures des Matériaux Avancés (P.U.M.A.) :
- Thème 1 : Mécanismes de déformation plasticité et évolution microstructurale en relation avec les propriétés macroscopiques
- Thème 2 : Endommagement et vieillissement sous sollicitations mécaniques, thermiques et environnementales
- Axe 3 – Usinage et Mise en forme (Usi.M.e.F) :
- Thème 1 : Amélioration de la qualité d’usinage
- Thème 2 : Positionnement d’outil optimisé sur surface gauche, stratégie d’usinage optimisée
- Thème 3 : Chaine numérique de la conception et la tenue en service des outillages : Virtual Lab®
Les moyens utilisés
- Expérimentaux : stéréo-corrélation, microscopie (MO, MEB, EDX), machines de fatigue (uniaxiale et multiaxiale), nano-indenteur instrumenté…,
- Numériques : ABAQUS, LS-DYNA, NASTRAN, Z-set (Zébulon, Zmat).
Nos partenaires
Implication dans les activités du groupe MS2M
Dix Professeurs du DMSM alimentent et co-animent les activités de recherche de l’Axe 1 et de l’Axe 2 du groupe Modélisation des Systèmes et Microsystèmes Mécaniques (Groupe MS2M) :
Axe 1 – Ingénierie des Systèmes et des Microsystèmes (I.S.M.) :
- Thème ISM1 : Conception optimale multidisciplinaire ou sous incertitudes
- Thème ISM2 : Microfluidique et microsystèmes mécaniques
- Thème ISM3 : Systèmes, assemblages mécaniques et actionneurs embarqués
Axe 2 – Intégrité des Structures et des Systèmes (I.S.S.) :
- Thème ISS1 : Dynamique vibratoire des structures et des systèmes
- Thème ISS2 : Structures sous sollicitations sévères
- Thème ISS3 : Développements numériques en calcul des structures
Nos partenaires
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Groupe scientifique « Capteurs d’IMages Intégrés » (CIMI)
Les enjeux des études et les objectifs du groupe CIMI répondent au besoin d’intégration, de miniaturisation, et d’amélioration des performances des capteurs d’images.
Ces derniers sont les éléments clés des caméras, des systèmes de vision d’instruments spatiaux ou des systèmes d’imagerie durcis aux radiations ionisantes.
Un détecteur CIS est composé, essentiellement, d’une matrice de pixels pour récupérer une valeur en tension proportionnelle aux photons détectés, d’un circuit de lecture pour traiter les valeurs en tension de tous les pixels et de décodeurs pour adresser les pixels.
Nous avons des Coopérations :
- avec Airbus Defence & Space pour développer des capteurs d’images et des instruments spatiaux depuis 1994 (Chaire d’entreprise CRISTAL établie depuis 2009).
- avec le CEA-DAM depuis 2010 (équipe de recherche commune depuis 2012) sur l’étude de la vulnérabilité des imageurs en environnements radiatifs (nucléaires) sévères.
- avec le CNES dans le cadre de projets R&D depuis 2002
- avec STMicroelectronics dans le cadre de projets R&D depuis 2005
- avec Thales Alenia Space pour développer des capteurs d’images (Chaire d’entreprise établie depuis 2015).
Nos thématiques de recherche
Le groupe CIMI concentre ses travaux sur quatre thématiques principales :
- Physique : nano/microélectronique / Circuits intégrés / Physique des dispositifs semi-conducteurs / Physique de la photodétection.
- Développement : étude et développement de capteurs d’images sur silicium pour le rayonnement visible et l’infrarouge.
- Radiation : effets des radiations spatiales et nucléaires sur les capteurs d’images et durcissement par conception.
- Cryogénie : électronique à température cryogénique.
Nos recherches et développements
En collaboration avec des industriels
- Un détecteur CIMI dans le satellite Copernicus pour la mission LSTM -(Land Surface Temperature Monitoring), sera conçu en 2021.
- Un détecteur CIMI dans le satellite GEO-KOMPSAT-2B -(Geostationary - Korea Multi-Purpose Satellite-2), conçu en 2014.
- Un détecteur CIMI dans les satellites Sentinel 2-A et 2-B pour l’observation de la terre, conçu en 2011.
- Un détecteur CIMI pour établir une liaison optique, via l’atmosphère, entre un porteur aéroporté représentatif des futurs drones et le satellite géostationnaire ARTEMIS de l’ESA, conçu en 2006.
- Un détecteur CIMI dans le satellite GEO-KOMPSAT-1 -(Geostationary - Korea Multi-Purpose Satellite-1) ou COMS -(Communication, Ocean and Meteorological Satellite), conçu en 2005.
La liaison optique entre un avion et un satellite est une première mondiale. Un détecteur APS (Active Pixel Sensor) dans l’espace est une première mondiale pour le détecteur CIMI dans le satellite GEO-KOMPSAT-1 qui a été positionné en orbite géostationnaire en 2010.
- Un détecteur CIMI durci aux radiations ionisantes (au-delà de 1 MGy) pour la caractérisation in situ des déchets nucléaires, conçu en 2020.
- Un détecteur CIMI durci aux radiations ionisantes (au-delà de 1 MGy) pour la vision et l’inspection à distance pendant les opérations de télémanipulation du réacteur thermonucléaire expérimental international (ITER), conçu en 2019.
Concernant le réacteur ITER, le détecteur CIMI a la capacité d’obtenir des images de bonne qualité après une quantité de rayonnement de 1MGy. C’est une première mondiale !
Nos projets de recherche
- Un détecteur d’images qui participe au développement d’ITER
Le détecteur FURHI_VGA est un capteur d’image couleurs en lecture numérique 10 bits au format VGA (contrat en partenariat avec Fusion For Energy (F4E)). Ce détecteur est basé sur des capteurs d’images CMOS (CIS), pour la vision et l’inspection à distance pendant les opérations de télémanipulation du réacteur thermonucléaire expérimental international (ITER). F4E est responsable au regard de l’Union européenne (UE) d’ITER, le plus grand partenariat scientifique au monde visant à démontrer que la fusion est une source d’énergie viable et durable.
ITER est un projet de réacteur de recherche civil à fusion nucléaire situé à Cadarache (Bouches-du-Rhône). Le projet de recherche s’inscrit dans une démarche à long terme visant à l’industrialisation de la fusion nucléaire.
Le détecteur FURHI_VGA est un capteur d’image couleurs en lecture numérique 10 bits au format VGA résistant aux rayonnements.
- Un détecteur d’images dans le satellite GEO-KOMPSAT-2B (Geostationary - Korea Multi-Purpose Satellite-2)
Le détecteur LARGO7M est un capteur d’image de 7 millions de pixels qui fourni des images de 2500km x 2500km centrées sur la Corée du sud avec une résolution de 250m dans différentes bandes spectrales (couleurs) de 370nm à 900nm. Il permet d’observer, de quantifier et de prédire les changements à court terme de l’environnement côtier autour de la Corée. Le satellite GEO-KOMPSAT-2B a été mis en orbite le 18 février 2020.
Durée de Vie de la Mission : 10 ans
Position : Orbite géostationnaire, 35 786 km au dessus de la terre.
Bandes Spectrales : 12 bandes -dans le spectre visible.
Résolution au sol : 250m x 250m -au dessus de la Corée.
Surface cible : 2500km x 2500km
Le capteur d’images est intégré par ADS avec son électronique de proximité puis placé dans le télescope. Une roue à filtres sélectionne les 12 bandes spectrales en plaçant un filtre coloré devant le capteur d’images de 7 Millions de pixels.
- Un détecteur d’images dans le satellite COMS (Communication, Ocean and Meteorological Satellite)
Le détecteur COBRA2M est un capteur d’image de 2 millions de pixels qui fourni des images de 2500km x 2500km centrées sur la Corée du sud avec une résolution de 500m dans 8 différentes bandes spectrales (couleurs) de 400nm à 900nm. Il permet d’observer, de quantifier et de prédire les changements à court terme de l’environnement côtier autour de la Corée. Le satellite COMS a été mis en orbite le 27 juin 2010.
Durée de Vie de la Mission : 7 ans
Position : Orbite géostationnaire, 35 786 km au dessus de la terre.
Bandes Spectrales : 8 bandes dans le spectre visible.
Résolution au Sol : 500m x 500m fau dessus de la Corée.
Surface cible : 2500km x 2500km
Le capteur d’images est intégré par ADS avec son électronique de proximité puis placé dans le télescope. Une roue à filtres sélectionne les 8 bandes spectrales en plaçant un filtre coloré devant le capteur d’images de 2 Millions de pixels.
- Un détecteur d’images dans les satellites SENTINEL 2A et 2B
Le détecteur VNIR S2 est un capteur d’image multiples barrettes faible bruit (contrat en partenariat avec ADS et l’ESA). Ce capteur est embarqué dans deux satellites Sentinel 2 qui observent la totalité des terres émergées tous les 10 jours, avec une résolution de 10 m à 60 m, dans 13 bandes spectrales allant du visible au moyen infra-rouge.
Les données sont principalement utilisées dans les domaines de l’agriculture, la sylviculture, la détermination de l’occupation des sols, la caractérisation des habitats et la biodiversité. Elles servent aussi à l’observation et la prévention des catastrophes naturelles, comme les inondations, les éruptions volcaniques, les affaissements et les glissements de terrains. Les satellites Sentinel-2A et Sentinel-2B ont été respectivement mis en orbite le 23 juin 2015 et le 7 mars 2017.
Durée de Vie de la Mission : 7.25 ans pour chaque satellite sur une période de 20 ans.
Principe de l’Instrument : Pushbroom.
Position : Deux satellites identiques opèrent simultanément, en phase à 180° l’un par rapport à l’autre, sur une orbite héliosynchrone à une altitude moyenne de 786 km.
Cycle de répétition : 5 jours à l’équateur, en utilisant la configuration complète de la constellation de deux satellites et dans des conditions sans nuages.
Largeur de la fauchée : 290 km.
Bandes Spectrales : 13 bandes spectrales, allant du visible et du proche infrarouge à l’infrarouge.
Résolutions au sol : 10, 20, 60 mètres.
Il y a 12 capteurs élémentaires par plan focal dans chaque satellite.
- Un détecteur d’images dans un avion pour établir une liaison optique, avec le satellite géostationnaire ARTEMIS
Le projet LOLA (Liaison Optique Laser Aéroportée) a permis de réaliser l’établissement d’une liaison optique, via l’atmosphère, entre un avion Mystère XX et le satellite géostationnaire ARTEMIS de l’ESA (maitre d’œuvre ADS). Le capteur CMOS APS 750 FAST détecte et poursuit le satellite avec un faible niveau de puissance optique reçue. La longueur d’onde du faisceau de communication est de 850nm.
La physique de la photo-détection s’intéresse à comprendre et à modéliser entre autres :
- La génération des charges dans le silicium
- Le transfert des charges jusqu’au point de collection (la photodiode), ainsi que la maitrise des parcours de collection pour éviter la diaphonie
- L’origine du courant d’obscurité afin d’essayer de le réduire
- Comment dessiner une photodiode en tenant compte des matériaux utilisés pour maximiser sa sensibilité, réduire le courant d’obscurité, maximiser sa capacité totale de collection…
Les moyens permettant de comprendre ces phénomènes, voir de les prédire sont la modélisation analytique, la simulation physique maillée (TCAD), et surtout la confrontation avec des données expérimentales obtenues par des structures de test ou sur des imageurs complets.
- Nanostructures optiques et capteurs d’images CMOS : Amélioration de la photodétection ou de fonctionnalités (filtres spectraux, polarisation) à l’aide de nanostructures intégrées directement au niveau de chaque pixel. Les structures étant soit intégrées dans le flot de production ou reportées en haut du capteur.
- Moyens utilisés : Modélisation électromagnétique par ondes couplées, différences finies (Meep, Lumerical FDTD)
- Exemples de microlentilles planaires intégrées
La recherche liée aux activités cryogéniques comprend plusieurs axes :
- Étude des mécanismes de photodétection pour des imageurs utilisés à très basse température (pouvant descendre jusqu’à 80K) dans le domaine des longueurs d’onde du visible (VIS) et de l’infrarouge (IR).
- Étude de chaines de lecture innovantes permettant l’extraction d’information pour les imageurs refroidis (ROIC)
- Extraction de modèles physiques (simulation physique des semi-conducteurs, TCAD) et électriques (simulation électrique) des dispositifs élémentaires de la microélectronique (Transistors MOSFET, diodes, etc.)
- Mise au point et optimisation des moyens et des méthodes de mesures à température cryogénique (allant de 10K à 300K)
Nos partenaires
Nos moyens de conception et de mesure
- Des stations de travail Linux pour la conception des circuits.
- Des générateurs de mots, alimentations faibles bruit, générateurs de signaux arbitraires…
- Des instruments d’analyse électrique (oscilloscopes, analyseurs logiques) et optique (puissance mètre, spectroradiomètre) calibrés.
- Des bancs de caractérisation transportables pour les besoins de caractérisation sur sites externes.
- Des équipements de mesures électriques sur des dispositifs élémentaires en boitier (de 300K à 10K).
- Des sources optiques à grande uniformité et à grande stabilité.
- Deux monochromateurs pour l’analyse fine de la sensibilité spectrale.
- Des enceintes thermiques pour les études en température.
- Des platines de translation motorisées pour les mesures de qualité de l’image.
- Des microscopes pour l’observation des circuits.
- Un cryostat pouvant accueillir des composants imageurs complets et des circuits de lecture pour des tests électriques et dans l’obscurité (de 300K à 80K).
- Un Microscope Electronique à balayage (MEB) pour l’analyse topographique (observation de µlentilles, de vues en coupe…) ; mais également pour l’extraction de paramètres physique par EBIC.
- Un microscope en champ proche SNOM (Scanning Near field Optical Microscope) et un microscope à force atomique (AFM) pour la mesure de topographie et de sensibilité intra-pixel.
- Un irradiateur X de 350kV.
- Un banc de caractérisation de bruit basse fréquence pouvant opérer en environnement cryogénique.
- Un four de recuit.
- Deux analyseurs paramétriques pour dispositif semi-conducteur.
- Un testeur sous-pointe pour la mesure de paramètres électriques (courant de fuite, bruit, capacité…) des structures des imageurs non mis en boitier.
- Un testeur sous-pointe en environnement cryogénique (Cryo testeur allant de 300K à 80K) pour la mesure de paramètres électriques de dispositifs élémentaires microélectronique (du circuit nu au wafer 8″).
Responsable Groupe CIMI
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