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Bilan 2007 Le ressourcement scientifique à la Direction de la Recherche Technologique
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Bilan 2007
Le ressourcement scientifique à la
Direction de la Recherche
Technologique
I. LE RESSOURCEMENT SCIENTIFIQUE À LA DRT 3
A. La spécificité de la Recherche Partenariale 3
B. Le dispositif de ressourcement à la DRT 3
1. Premier outil : le dispositif « Carnot » 3
2. Deuxième outil : les Projets Transverses du CEA 3
3. Troisième outil : les RTRA 4
C. Les groupes de travail « type diamant » en amont des projets de ressourcement 4
D. Les indicateurs de performances associés au ressourcement 4
II. BILAN CHALLENGE INNOVATION 2007 11
A. Le principe du Challenge Innovation DRT 11
B. Synthèse des projets Challenge Innovation DRT lancés en 2006 11
III. BILAN CARNOT : LÉTI – LIST ET ENERGIES DU FUTUR 17
A. Le Carnot LETI 17
1. Le modèle LETI : 17
2. Une volonté d’externalisation de la R&D : 18
3. Une part importante accordée à la formation 18
4. La valorisation industrielle en ligne de mire 20
5. De nouveaux domaines applicatifs : 20
6. Bilan détaillé des projets Carnot LETI : 21
B. Bilan Carnot LIST : 34
1. Introduction 34
2. Le contexte technico-économique 34
3. Le positionnement du CEA LIST 35
4. Les défis technologiques 36
5. La stratégie du CEA LIST 37
6. Synthèse des avancées principales des cinq projets Carnot du LIST¶ 37
7. Ressourcement Carnot : bilan des indicateurs pour le LIST 42
8. L’étape ultérieure au ressourcement : les projets de maturation 43
C. Carnot Energie du futur 44
1. introduction 44
2. Thématiques scientifiques de l’Institut Carnot Energies du Futur 44
3. Synthèse des avancées principales des projets Carnot Energies du Futur 45
DRT-/ CEA-Grenoble
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IV. LIENS AVEC LES PROGRAMMES TRANSVERSES CEA 5
A. Implication de la DRT dans le programme transversal technologies nanosciences 5
B. Implication de la DRT dans le programme transversal technologies pour la santé 6
C. Implication de la DRT dans le programme transversal matériaux à visibilité mondiale. 6
D. Implication de la DRT dans le programme transversal Nouvelles Technologies de l’Energie 7
E. Implication de la DRT dans le programme transversal Sécurité Globale 8
V. GROUPES DE TRAVAIL DR/ES : 53
VI. FORMATION PAR LA RECHERCHE 55
A. Les thèses à la DRT. 55
1. Données chiffrées. 55
B. Actions ciblées pour atteindre nos objectifs. 56
1. Le programme « TechnoDoct » 56
2. Une action à l’international (action commune DRT et DRI) 56
C. Les Post-docs à la DRT 56
1. Données chiffrées 56
VII. BILAN « QUANTITATIF » : LES INDICATEURS 59
A. PUBLICATIONS 59
B. COMMUNICATIONS 61
C. PROPOSITIONS D’ACTION 61
1. Actions proposés 61
2. Indicateurs proposés 61
VIII. EVALUATION PAR LES CONSEILS SCIENTIFIQUES 63
A. Périmètres des Conseils 63
B. Calendriers des Conseils 64
C. Composition des Conseils 65
D. Documents édités 65
E. Formulation et suivi des recommandations des Conseils (2000-2006) 66
F. Synthèse des recommandations des Conseils (2000-2006) 66
DRT-/ CEA-Grenoble
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B- Le dispositif de ressourcement à la DRT
Le présent document a pour but de faire un bilan, pour l’année 2007, des actions de res-
sourcement menées au sein de la DRT du CEA.
L’institut Carnot Léti, l’institut Carnot List, et le Liten
participant à l’institut Carnot Energie du futur perçoivent
un abondement, versé actuellement par l’ANR, qui est
directement lié à leurs recettes industrielles. En
conséquence, plus les recettes industrielles sont élevées,
plus les moyens de ressourcement le sont également. La
DRT a perçu des abondements respectifs de 14,2 M€ en
2006 et de 17 M€ en 2007.
L’abondement Carnot permet notamment à la DRT de
financer deux types d’initiatives : les projets de
ressourcement Carnot et le Challenge Innovation Carnot.
Le ressourcement s’appuie en 2007 sur 3 outils :
Premier outil : le dispositif « Carnot »
La taille critique correspond, dans le domaine des micro et
nanotechnologies, à des projets qui impliquent une dizaine
d’ingénieurs et qui sont dotés d’un budget annuel de l’ordre
de 1 M€. Ces projets sont pilotés par un chef de projet et
sont animés au niveau scientifique par un Directeur de
Recherche ou un Expert Sénior. Ils suivent un planning,
affichent des jalons et les fournitures associées. Le
reporting couvre les résultats scientifiques (publications,
brevets, notes,…) et les avancées technologiques (étapes
dans la réalisation du démonstrateur).
La recherche partenariale présente une spécificité forte qui
la distingue de la recherche académique : sa finalité de
valorisation de l’innovation. Elle se distingue
conséquemment par des indicateurs de performances
propres, tels que le nombre de laboratoires ou de
plateformes communes avec l’industrie, le volume des
contrats de recherche directement financés par l’industrie,
le nombre de brevets déposés, le volume des redevances
perçues. Ces indicateurs mesurent le flux de connaissances
transmises vers l’aval industriel en essayant d’estimer leur
volume et leur valeur. Mais la vitalité d’un centre de
recherche technologique dépend également de sa capacité à
gérer le flux entrant de connaissances. Il s’agit, par une
veille très active, d’accéder aux connaissances issues de la
recherche académique et par une analyse appropriée,
d’identifier le plus précocement possible celles qui vont
donner lieu à des ruptures technologiques utilisables. Cette
démarche se traduit en pratique par des projets dits « de
ressourcement » qui permettent de réaliser les premiers
démonstrateurs, de faire des preuves des concepts et de
protéger ces concepts par des brevets pionniers.
I- Le ressourcement scientifique à la DRT A- La spécificité de la Recherche Partenariale
Les projets de ressourcement Carnot permettent
de mettre la masse critique nécessaire pour
aboutir à des démonstrateurs technologiques en
2 à 3 ans.
Vue extérieure des bâtiments Minatec
DRT-/ CEA-Grenoble
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Troisième outil : les RTRA
La DRT participe aux RTRA
Digiteo et « Nanosciences aux
limites de la nanoélectroni-
que ». A terme, certains projets
des RTRA constitueront égale-
ment, pour la DRT, une base
significative de ressourcement.
La mise en place des RTRA
étant très récente, nous ferons
un bilan des premiers appels
d’offres fin 2008.
C- Les groupes de travail « type diamant » en amont des projets de ressourcement
Une action spécifique, en amont
des projets, a été mise en place
pour analyser les opportunités
offertes dans les domaines
émergents. La formule retenue est
celle qui a été utilisée avec succès
en 2006 par le Groupe de travail
« Diamant ». Elle tient en quatre
points :
♦ co-encadrement du GT par des
scientifiques de haut niveau
appartenant préférentiellement
à au moins deux unités de
programme ou directions du
CEA (les Directeurs de
recherche et experts séniors
sont sollicités)
♦ premières réunions en comité
r e s t r e i n t ( p a r t i c i p a n t s
appartenant au CEA) pour
t r a v a i l l e r d a n s l a
confidentialité afin d’identifier
l e s p i s t e s l e s p l u s
prometteuses
♦ organisation d’au moins un
séminaire auquel sont invitées
les références scientifiques
internationales du secteur ; ce
séminaire permet de valider
les idées du groupe et de ne
retenir que les propositions
qui ont résisté à la critique
♦ fourniture de propositions
finalisées sous forme de
projets de recherche ; ces
projets rentrent dans le cadre
de l’un des rois outils de
ressourcement cités plus
haut : le dispositif Carnot, les
Programmes transverses
CEA, les RTRA.
Le présent
document
présentera
l’état
d’avancement
des travaux
des différents
groupes de
travail mis en
place en 2007.
Les lauréats sont sélectionnés par
un jury comprenant des
responsables de la DRT
(directoire DRT, directeurs d’UP
et chefs de départements) et des
personnalités scientifiques
extérieures. La sélect ion
s’effectue le jour du forum
Challenge Innovation DRT sur la
base d’un dossier dans lequel le
candidat décrit la preuve de
concept qu’il entend réaliser en
12 mois, puis d’une présentation
au jury.
Les projets de ressourcement
Carnot sont sélectionnés par les
directions des Instituts et la
Direction de la DRT sur la base
de dossiers de candidature
instruits au niveau des
départements. En 2007, une
vingtaine de projets de cette
nature ont été menés à la DRT
dont 2 projets transversaux
impliquant plusieurs unités de
programme. Le bilan synthétique
de ces projets est donné dans le
présent document. Un document
plus complet, comportant des
données confidentielles est
disponible auprès des UP ou de
DPSE. C’est un espace de
créativité ouvert à tout ingénieur
de la DRT pour peu qu’il soit
lauréat du challenge.
Pour le lauréat, le challenge se
déroule dans son département
d’origine avec le double appui
de son Chef de département et
d’un directeur de recherche ou
d’un expert sénior qui lui sert
d’ « ange gardien ».
En 2006, 13 projets de cette
nature ont été lancés à la DRT.
Le bilan synthétique de ces 13
projets est donné dans le
p r é s e n t d o c u m e n t . U n
document plus complet,
comportant des données
confidentielles est disponible
auprès de la DPSE. En 2007, 6
projets de cette nature ont été
lancés.
Deuxième outil : les Projets Transverses du CEA
A ce titre, ils constituent pour la
DRT une base de ressourcement
importante. Dans le présent
document, une présentation
succincte des programmes
transverses est proposée par les
directeurs de programmes ainsi
qu’un résumé des principaux
acquis DRT 2007 en matière de
ressourcement.
La DRT participe activement aux
projets transverses Nanosciences,
Technologies pour la Santé, Ma-
tériaux à visibilité mondiale, NTE
et Sécurité Globale. Ces program-
mes transverses permettent tout
à la fois d’accélérer la valorisation
(cas typique du programme
transverse Technologies pour la
santé) et de valider des concepts
en rupture.
CELLULE D'OXYDATION ANODIQUE
Le Challenge Innovation
DRT permet à un ingénieur
de consacrer une année
pleine à la démonstration
d’un concept.
DRT-/ CEA-Grenoble
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Ce document présente
l’ensemble des indicateurs
pour l’année 2007 et,
lorsque les données ont pu
être réunies, sur les années
antérieures 2005 et 2006.
L’objectif est d’identifier puis de relever
les indicateurs spécifiques qui nous
permettent d’estimer en temps réel notre
capacité de ressourcement. Il s’agit d’une
part des paramètres quantitatifs
concernant les thésards et les post-
d o c t o r a n t s ( n o m b r e , o r i g i n e ,
employabilité,…), et d’autre part des
paramètres classiques en bibliométrie
comme les publications auxquelles
s’ajoutent un suivi des brevets et des
« grandes conférences ». Un travail
spécifique a été effectué en 2007
afin de dresser, dans chacun des
domaines d’activité de la DRT, la
liste des plus grandes conférences
internationales. Cette liste a en
particulier été validée par les chefs
de département et les Présidents des
différents conseils scientifiques.
D- Les indicateurs de performances associés au ressourcement
MEMBRES DU VISITING COMMITTEE
de gauche à droite : Carlo Rubbia, Burton Richter, Horts Stormer, Serge Haroche, Bernard Bigot (HC), Jurgen Kirschner, Jean Therme (Dir.Gre et DRT), Thomas Ebbesen. absents sur la photo : Hiroshi Iwaï et Pieree-Louis Lions. Le Visiting Committee du CEA a procédé à l'évaluation du thème "micros et nanotechnologies pour l'information et la communication. Cette évaluation, menée à Saclay et Grenoble, complète celle du Conseil scientifique de décembre 2003.
DRT-/ CEA-Grenoble
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La DRT organise depuis 2006 le « Chal-
lenge Innovation DRT » afin de faire
émerger des projets ambitieux en rupture
à l’horizon 3-5 ans. Cette opération offre
la possibilité au porteur du projet de s’in-
vestir personnellement à plein temps pour
faire la preuve du concept proposé, sur
environ 12 mois. Un suivi mensuel est
effectué ainsi qu’une analyse des résultats
en fin de période.
Cette nouvelle initiative vient compléter le
système de ressourcement existant avec
des outils qui fonctionnent efficacement
tels que thèses et post-docs, projets de
ressourcement Carnot. Elle prend en
compte les contraintes particulières à la
DRT par la nature des résultats souhaités :
le projet doit aboutir à une réalisation
technique concrète. Cet aspect démarque
ce « Challenge Innovation DRT » des
concours d’idées du CEA, d’un exercice de
prospective ou d’une incitation à la colla-
boration avec la recherche amont.
La première édition, appréciée par de
nombreux chercheurs, fut un succès. 29
projets furent présentés dont 13 retenus
par le jury lors de la séance forum de mars
2006. La typologie des projets se répartis-
sait entre travail documentaire, logiciel,
expériences, démonstrateurs pour un bud-
get par projet compris entre 50 et 250k€.
La séance de restitution finale s’est dérou-
lée le 3 décembre 2007 au cours
d’une session-poster.
Le bilan est très positif avec 8
preuves de concept validées
avec rupture technologique et
poursuite d’activité dans 7 cas.
Après 12 mois de travaux pour
une somme globale de 1.9 M€,
les résultats ont été valorisés par
le dépôt de 10 brevets et 15
publications ont été rédigées
La seconde édition est déjà lan-
cée et la 3ème le sera en juin
2008.
Les objectifs, les résultats et la
suite donnée aux projets lancés
Grâce à la réduction de la
consommation des circuits
électroniques, la nécessité
de développer des énergies
propres et le développe-
ment des nanotechnolo-
gies, nous envisageons l’u-
tilisation de thermo-
éléments pour alimenter
divers circuits électroni-
ques. Pour la sécurité des
personnes et leur bien-être
nous envisageons des déve-
loppements qui pourront
fonctionner par la seule
énergie thermique produite
par le corps humain. Le
pouvoir thermoélectrique
de matériaux choisis et
structurés permet de
convertir directement en
énergie électrique un flux
de chaleur. Les flux perma-
nents qui accompagnent
l’homme peuvent êtres ex-
ploités pour commander à
distance des appareils élec-
troniques, électriques ou
mécaniques.
Une des premières applica-
tions envisagées consiste à
remplacer les interrupteurs
classiques par des interrup-
teurs commandés par la
chaleur cédée par la main.
Un premier prototype dé-
montre la faisabilité de tels
concepts.
Dans le but de promouvoir
la thermoélectricité, deux
prototypes ont été réalisés
dans le cadre du challenge
innovation :
♦ développement d’un cas-
que baladeur sans pile
pour capture de « France
info »
♦ générateur Seebeck et
circuit intégré associé
pour réaliser une télé-
commande de télévision
sans piles chimiques. Le
seul gradient thermique
apporté par le doigt de
l’utilisateur suffit pour
émettre le signal de com-
mande.
Smart-Heat ou « de la
libération des
contraintes » Le domaine concerné est celui de
la croissance cristalline de nano-
objets ou nano-couches sur des
substrats solides, de grande
surface. Le problème à résoudre
par l’utilisation du procédé
SMART-HEAT est de faire
croître une couche cristalline à
partir d’une couche vitreuse
déposée sur un substrat. L’idée
novatrice est d’initier cette
cristallisation par la relaxation
de contraintes existant dans le
substrat et transfert de cette
énergie dans la couche à
cristalliser.
Le concept initial (utilisation de
l’énergie liée aux contraintes
dans les amorphes pour
contrôler la cristallisation) n’a
pas pu être démontré. La
poursuite des travaux sur la
cristallisation et la physique des
phonons de Bose n ’est
envisageable que dans un
environnement académique.
II- Bilan Challenge Innovation 2006 A- Le principe du Challenge Innovation DRT
B- Synthèse des projets Challenge Innovation DRT lancés en 2006
Avant contact du doigt
Pendant contact du doigt
Nanostructures pour la thermoélectricité
Les concepts ont été vali-
dés. Plusieurs maquettes
de démonstration ont été
réalisées ou sont en cours
de montage. Des brevets
d’applications doivent
encore être rédigés. Cette
nouvelle filière technologi-
que devient une priorité
pour le département
DTNM, notamment par le
développement de nou-
veaux matériaux.
DRT-/ CEA-Grenoble
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La plasmachimie haute température au
service de l’énergie et des nanotechnologies Le projet plasmachimie haute température vise des
applications dans les Nouvelles Technologies pour
l’Energie. Le principal développement envisagé
concerne le dépôt de couches de silicium épaisses (>
50 µm) pour le photovoltaïque via la technologie de
plasma thermique inductif. Pour les applications
photovoltaïques, la propreté de l'environnement de ce
type de plasma représente un atout majeur. La
réussite du projet induirait des ruptures
technologiques avec un fort potentiel industriel. Le
passage par l'état plasma permet en effet des
cinétiques extrêmement rapides et une productivité
importante, le tout pour un coût relativement
modeste. Ce projet s'inscrit de façon cohérente avec la
stratégie du LITEN sur le photovoltaïque, et à ce titre
il nécessite une forte interaction DTNM / DTS.
La preuve du concept de production de plaques de
silicium autoportées a été apportée, un brevet en
copropriété CEA – Université de Sherbrooke valorise
ces travaux. La poursuite ne se fera toutefois pas
dans le domaine du solaire photovoltaïque,
initialement envisagée.
Développement d'un outil d'investigation
archéologique non destructif sans
exhumation d'objets Le projet ARCHEOscan a pour objectif le
développement d'un outil de visualisation capable de
repérer et d'identifier, sans creuser, un ensemble
d'objets dans un volume du sol proche de la surface.
En outre, cet équipement de prospection et de
reconnaissance serait dédié à la localisation, sur site
archéologique terrestre ou subaquatique, de vestiges
dans le cadre de fouilles programmées (conservation
préventive) et de fouilles de sauvetage (découvertes
fortuites lors de chantiers de génie civil). L’étude de
faisabilité a pour objet l’exploration des principales
méthodes géophysiques couramment utilisées.
La preuve du concept n’a pas été faite, les travaux se
sont terminés naturellement après 6 mois comme
convenu au moment du lancement.
Architecture multi-cœur Diverses réflexions, concernant les évolutions
prévisibles et/ou possibles des architectures de
calculs parallèles et des logiciels de mise en
œuvre, font ressortir que sur le long terme, une
augmentation importante des performances ne
sera possible que via des ruptures
technologiques majeures portant autant sur les
aspects matériels que sur les aspects logiciels.
Une de ces ruptures fondamentales, étudiée
dans le cadre de ce projet, serait de s’affranchir
au sein d’un microprocesseur du modèle
d’exécution « von Neumann », afin d’aller plus
loin dans le degré de parallélisme exploitable.
Le but de cette étude est de permettre
d’appréhender les conséquences d’une telle
rupture, par rapport à l’écosystème environnant
(les méthodes et outils de développement et
d’exécution), i.e. de mesurer l’impact des
changements, mais aussi d’évaluer les
performances accessibles, de lever les
incertitudes et de valider la possibilité de
réaliser le projet.
Les travaux ont permis la définition d’un
modèle d’exécution opérationnel, la levée des
points durs de l’architecture et la construction
d’un simulateur, ce qui valide l’intérêt et la
faisabilité de l’approche proposée. Ils se
poursuivront naturellement dans le cadre du
travail sur des processeurs multi-cœurs (projet
MMPA par exemple).
Développement d’un axe de
recherche basé sur l’utilisation de
procédés verts appliqués à la
microélectronique L’objectif du projet est d’innover en terme de
procédés respectueux de l’environnement
dans les technologies de la microélectronique,
et plus particulièrement dans les procédés de
nettoyage afin d’anticiper les besoins de nos
partenaires d’ici 10 à 15 ans.
De nombreux contacts ont été pris et 5
dossiers de projets ont été montés,
malheureusement sans succès par manque
d’intérêt stratégique identifié. L’analyse
effectuée sur les travaux raisonnables à
conduire est bonne. Toutefois, en l’absence de
financement, le Leti ne poursuivra pas
directement dans ce domaine. Une ouverture
est peut être envisageable au Liten et/ou au
CSEM.
Réacteur en verre
DRT-/ CEA-Grenoble
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Cartographie Sémantique Ce projet concerne le traitement de l’information. Il s’agit
de créer, de façon automatique, une carte massive, détaillée
et complète du langage.
Actuellement on navigue à vue dans l’information. Le pro-
jet du Web sémantique est une première tentative pour
créer des repères dans les masses d’informations disponi-
bles, mais c’est un effort éparpillé et largement manuel
fourni par des groupes de travail qui se réunissent pour
essayer de dessiner les contours de leurs domaines. Cette
situation est semblable à la production des mappemondes
médiévales à la main, tandis qu’il existerait des outils tels
que le GPS et l’imagerie satellite. Pourtant il existe mainte-
nant, pour l’information, toutes les briques technologiques
pour créer une cartographie sémantique de façon automa-
tique : un Internet avec sa source de textes presque inépui-
sable, des capacités de stockage énorme et peu cher, les
outils de traitement de langage naturel pour transformer
l’information brute en donnée structurée, et les calcula-
teurs surpuissants pour intégrer et faire travailler ces bri-
ques.
Les enjeux de la mise en place de ce projet sont énormes.
Au delà de l’idée politique que celui qui contrôle les cartes
est celui qui
contrôle les mers
(voir la réticence
américaine à voir
d e s s y s t è m e s
concurrents du
GPS), il y va de la
défense de la langue
française, de créer
le support pour une
c o m m u n i c a t i o n
naturelle homme-
machine, de décou-
vrir les concepts de base et leurs relations dans le langage
humain, de fournir un modèle complet du langage pour la
traduction, pour le Web sémantique, et pour créer des mo-
teurs de recherche plus précis que les moteurs actuels telles
que Google et Yahoo.
La réalisation d’un modèle de langage unitaire pour le
français et pour l'anglais et la construction d’un très large
lexique sont accomplies au cours de ce projet. Les recher-
ches vont se poursuivre avec trois thésards, financés par
Lagardère.
Dosimétrie éclair pour la radiothérapie De par leurs activités, les équipes du CEA doivent réguliè-
rement appréhender les interactions entre rayonnement et
matière. C'est le cas de la radiothérapie dont la difficulté
majeure est de déposer à l'intérieur du corps humain une
dose suffisante au niveau de la tumeur pour la tuer sans
endommager les tissus sains environnants, en particulier
les organes à risque. Pour ce faire, un plan de traitement
doit être mis au point pour chaque patient. Pour obtenir
une résolution numérique précise de ces problèmes d'inte-
raction rayonnement-matière, on fait appel aux codes de
Monte-Carlo. Les temps de calcul sont alors très longs. Les
plans de traitement (TPS) sont définis non seulement en se
basant sur le résultat des simulations mais surtout sur l'ex-
périence du médecin. Les protocoles des traitements ainsi
définis ne sont pas optimaux, impliquant la responsabilité
du médecin.
Ce projet a pour objectif de
démontrer qu'une appro-
che utilisant conjointe-
ment certains principes
des simulations utilisées
dans d'autres domaines et
certains principes de mo-
délisation statistique des
codes de Monte Carlo de-
vra it permettre de
contourner ces limitations.
Une telle avancée ouvrirait
la voie à de nombreux dé-
bouchés impensables au-
jourd'hui, en particulier
une nouvelle génération
de TPS pour la radiothé-
rapie par modulation
d'intensité (IMRT) ou
assistée par l’image
(IGRT) en étant capable
de définir une balistique
optimale, permettant ain-
si d'accroître l'efficacité des
traitements tout en rédui-
sant les effets secondaires.
L’intérêt de la méthode par apprentissage par modèles
élémentaires dans les problèmes d'interaction rayonne-
ment-matière a été démontré, notamment dans le cas du
calcul de la dose déposée en radiothérapie. Une poursuite
des travaux s’effectue avec un thésard, qui va prolonger la
validation et l'évolution de cette méthode dans une conti-
nuité naturelle.
Première simulation : un
cube d'os dans de l'eau
avec deux faisceaux
traversant le cube d'os au
centre et le long d'une
arête
Coupe au niveau des
faisceaux à différentes
profondeurs
DRT-/ CEA-Grenoble
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Interféromètre EUV L’objectif à court terme de ce projet
est d'identifier les verrous technolo-
giques (barrières de réalisation), de
valider la faisabilité de l'interféromè-
tre autonome EUV, de fixer l'archi-
tecture optique puis mécanique de
l'équipement en intégrant la disponi-
bilité réelle des réponses technologi-
ques (sélection des sous-traitants et
des partenaires). La mise à disposi-
tion de cet équipement, qui doit
avoir la capacité d'accéder au 22 nm,
permettra au LETI de proposer une
plateforme d'études permettant
d'aborder l'ensemble des probléma-
tiques concernant les résines sous
flux EUV. Elle doit être très rapide
(avant fin 2008) compte tenu du
développement par ASML du step-
per EUV.
Les travaux ont permis de lever les
verrous théoriques pour la réalisa-
tion de cet interféromètre EUV,
mais également de trouver une par-
tie des financements pour sa cons-
truction par un projet ANR. L’expé-
rience du LETI dans le domaine de
l’EUV et la réalisation de cet outil
intéressent par ailleurs fortement le
consortium IBM, avec lequel le LETI
va collaborer à partir de 2008 ;
tous les éléments sont donc réunis
pour poursuivre ce projet au D2NT
et lancer la phase de construction.
Microsystèmes magnétiques
pour la biologie et la biochimie L’objectif consiste à développer une
technologie MEMS innovante de mi-
crofluidique digitale en lévitation per-
mettant de générer, manipuler par
diamagnétisme et analyser des micro-
gouttelettes dans l’air et de piéger des
cellules ou des micro-billes en lévita-
tion.
Dernières réalisations de microsystè-
mes pour la biologie :
♦ séparateurs de microbilles superpa-
ramagnétiques,
♦ lévitation diamagnétique (guidage
sans contact de microgouttelettes
d'eau),
♦ systèmes RMN ouverts destinés au
contrôle non destructif.
Le principe de manipulation de micro-
gouttelettes par des forces diamagné-
tiques a été validé par le développe-
ment d’une technique microfluidique
fondée sur une approche microfluidi-
que digitale en lévitation. Des études
de faisabilité et des réalisations de
démonstrations ont été menées avec
succès.
Architecture bioinspirée de
processeur embarqué pré-
traitant en temps réel des
signaux à fort contenu spec-
tral Le projet S.A.M.I vise à intégrer
dans les ASICs développés pour
l'interface des capteurs de mesure
physique, des méthodes récentes
de traitement et de mise en forme
du signal permettant d'extraire en
temps réel l'information perti-
nente. Le but est de faciliter et ain-
si de réduire le coût des traite-
ments de haut niveau (en termes
de puissance de calcul, flux de
données, quantité de mémoire,...).
L'architecture s'inspire des techni-
ques complexes mises en œuvre
par l'oreille et les premiers étages
de traitement du cerveau. La pre-
mière étape de l'étude consiste en
la mise au point d'un modèle capa-
ble de rendre compte, à haut ni-
veau, du fonctionnement global de
l'organe d'audition.
L’approche système avec l’équipe
de Montpellier est une démarche
appréciée. Le concept étudié est
intéressant. Une rencontre entre
l’équipe INSERM de Montpellier
et les biologistes du DTBS impli-
qués notamment dans le projet
Clinatec sera organisée début
2008 à Montpellier.
DRT-/ CEA-Grenoble
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Nanogrillage Le projet Nanogrillage vise à obtenir des nanogrilles
ayant un pas inférieur ou égal à 20nm et contrôlable à
l'angstrœm près. Elles sont enterrées à une profondeur
de l’ordre de 10nm sur l'ensemble d'une plaquette de
200 ou 300mm de diamètre. Ces nanogrilles peuvent
ensuite être:
♦ soit révélées en surface afin d'obtenir une nanos-
tructuration à forte amplitude (> 5nm pour un pas
de 20nm)
♦ soit utilisées au sein même de la matrice de silicium
pour des applications très innovantes (résonance
plasmonique, nanogrille magnétique à 10nm sous
une surface plane…).
L’absence de démonstration de l'existence du nano-
grillage conduit à l’arrêt des travaux. Cependant la
possibilité d’utilisation de la voie "gravure chimique"
comme technique de nanostructuration des joints de
grains a été démontrée et constitue un résultat très
intéressant. Ces résultats ‘collatéraux’ sont jugés très
positivement par le jury.
Nanostructuration chimique au pas de 20nm.
Dispositif hétérogène hybride d’imagerie
ou d’émission 2D à fonctionnalités et
fiabilité renforcées : AMinci ISolé La réalisation d’imageurs hybrides de grande
complexité (> mégapixel) pose des problèmes tant
au niveau mécanique (résistance aux cyclages
thermiques), qu’électrique (pertes de polarisa-
tion).
Le procédé « AMIS » se propose de résoudre si-
multanément ces deux problèmes par singularisa-
tion mécanique des pixels de détection et distri-
bution d’un contact par la périphérie du pixel.
La preuve de la faisabilité et de la viabilité méca-
nique d’une solution technique innovante par un
dispositif à «pixels suspendu » relaxant les
contraintes périphériques a été démontrée. Un
prolongement des travaux est nécessaire pour
permettre une validation complète du concept
puis aborder ses applications. Le jury suggère de
mettre rapidement en place un CDD pour aider
le lauréat dans la réalisation de dispositifs de
détection suspendus « électriques »
DRT-/ CEA-Grenoble
Page 13
A. Le Carnot LETI 1. Le modèle LETI :
Le LETI est un laboratoire fortement positionné sur la
recherche partenariale, conduisant de nombreux travaux
supportant des développements, évaluations ou transferts
de technologie, au travers d’un couplage important avec les
industriels. La pérennité et la pertinence à long terme de ce
positionnement exige l’existence, à un niveau suffisant
d’une activité de recherche située plus en amont, couplée à
des laboratoires extérieurs, génératrice de propriété
intellectuelle et industrielle libre de droit.
Depuis 2000, l’accroissement des recettes externes du
LETI a été de 28% par an entraînant une croissance
régulière du budget du LETI de 16% par an. En 2007, le
budget du LETI s’élève à 180 M€ dont 70% contractualisé
avec l’industrie. Le LETI a besoin de générer de nouvelles
compétences et d’ouvrir de nouveaux champs de
valorisation pour préparer son avenir. En 2007,
l’abondement CARNOT et la RTB contribuent pour 14% au
budget représentant 36% des financements publics, ce qui
permet au LETI de mettre en œuvre une stratégie de
recherche amont cohérente par rapport aux objectifs de
son plan à moyen et long terme et par rapport aux
orientations de la DRT. Le LETI en 2007 a utilisé
l’abondement CARNOT pour stabiliser son modèle de
recherche partenariale et en assurer la pérennité par le
ressourcement de ses compétences scientifiques et
t e c h n o l o g i q u e s , l e d é v e l o p p e m e n t e t l a
professionnalisation de ses relations partenariales, et le
renforcement de sa visibilité.
Le cycle de création de valeur enclenché par l’abondement
CARNOT : un moteur à 4 temps :
(1) - Génération de nouvelles compétences
(2) - Validation par des démonstrateurs
(3) - Valorisation industrielle
(4) - Capitalisation des connaissances
La stratégie de recherche amont du LETI consiste à trouver
et exploiter les opportunités d’innovation en se
positionnant sur de nouveaux sujets qui font appel à de
nouvelles connaissances (ressourcement) ou à des
connaissances existantes (renforcement) et qui offrent
un potentiel de valorisation industrielle à l’échelle de
3-5 ans.
L’abondement CARNOT a été utilisé en 2007 pour amorcer
ce cycle de création de valeur en générant de
nouvelles compétences (1) destinées à lever des
verrous importants ou à explorer de nouvelles voies en vue
d’une validation sur des démonstrateurs (2) aptes à être
valorisés (3) dans l’industrie sous forme de transferts
industriels, de licence dans le cadre de projets de
collaboration avec un industriel ou de création de start-
ups. La capitalisation (4) de ces connaissances et savoir-
faire ainsi que leur cross - fertilisation avec la recherche
académique permettront de régénérer les compétences et
d’adresser de nouveaux champs d’application grâce à une
politique dynamique de PI.
La priorité a été donnée aux projets de ressourcement
visant des démonstrateurs: 93% du budget CARNOT
2007 soit 16 M€ est affecté aux projets de ressourcement:
81% pour des projets visant un démonstrateur, 3% sur des
études exploratoires qui nécessitent une phase préalable
d’étude, 9% pour les projets soumis dans le cadre de
l’initiative DRT «Challenge Innovation Recherche
Technologique».
Les projets de recherche technologiques CARNOT
adressent
♦ pour une part d’entre eux: les enjeux des domaines
stratégiques du LETI pour préparer les opportunités de
valorisation de demain à l’horizon de 3-5 ans ou pour
explorer des technologies en rupture
♦ et pour une autre part: de nouveaux domaines
applicatifs sur des technologies innovantes, en
recherchant à privilégier des applications grand public.
III- Bilan Carnot : Léti – List et Energies du Futur
Projets; 14,0; 81%
Exploratoires; 0,5;
3%
Challenge
Innovation; 1,6; 9%
Cotisation AIC; 0,3;
2%
Visibilité
showroom; 0,6; 3%
Organisation
(DPSE+LETI); 0,4;
2%
17.3 M€ en 2007
DRT-/ CEA-Grenoble
Page 14
Dans le cadre des projets de ressourcement CARNOT, le
LETI mène une politique volontariste d’externalisation
de la R&D en fixant un objectif de sous-traitance dans les
laboratoires académiques et en proposant un soutien
financier pour l’accueil temporaire d’étudiants étrangers ou
de professeurs invités pour une visite ou un séminaire. Les
collaborations avec les instituts de recherche sont
favorisées pour capitaliser sur l’utilisation des plateformes
technologiques. L’objectif est d’inciter les équipes à monter
des partenariats avec des laboratoires et instituts de
recherche pour accélérer l’accès à des compétences
nouvelles, accroître la visibilité internationale et augmenter
l’effet de levier sur les ressources par l’encadrement et
l’accueil d’étudiants.
En 2007, le montant CARNOT dédié au financement des
collaborations hors LETI est de 1.6 Meuros dont 1 Meuros
hors DRT. Les équipes sont encouragées à formaliser ces
collaborations dans des cadres de coopération qui stipulent
les règles de PI associées au financement. Cette politique
commence à porter ses fruits avec 10 collaborations interne
CEA avec DSM, LITEN et LIST et 35 contrats de
collaborations dont 19 signés ou en cours de signature avec
le CNRS.
Projets CARNOT Contribution INAC
CC3M Thématiques chimtronique
Eclairage
Croissance (GaN, nanofils ZnO GaN)
Expertise physique et composant
Caractérisation (spectro, TEM, électrique)
Graphène Sublimation de SiC
Modélisation du transport
Fluorescence profonde Synthèses nanocristaux
Electronique in vivo Caractérisation des interfaces avec nanotubes de carbone
Multifils Caractérisation (PL,STM)
RF spintronique Modélisation
Expertise Spintec
Unifil Croissance de nanofils
2. Une volonté d’externalisation de la R&D :
La stratégie internationale du LETI vise à développer des partenariats structurants avec les leaders mon-
diaux dans les domaines explorés notamment dans le cadre de CARNOT afin de bénéficier des compétences
disponibles et d’accélérer la roadmap de recherche en se positionnement sur un créneau de démonstration à grande
échelle sur wafer 200mm et une intégration dans des systèmes VLSI complets.
Le couplage avec INAC
( I n s t i t u t d e s
Nanosciences et de
Cryogénie, CEA/DSM)
a été renforcé : INAC est
associé à 8 projets parmi
les 14 en cours et est
associé également à la
valorisation industrielle
dans deux contrats de
collaborations avec Soitec
et IBM en cours de
négociation.
DRT-/ CEA-Grenoble
Page 15
Les graphes ci contre montrent l’augmentation sensible :
♦ des post docs (x1.6 ) de 29 en 2006 à 48 en 2007 dont 37.5% d’étrangers (18)
♦ des thèses (x1.2 ) de 73 en 2006 à 91 en 2007 dont 22% d’étrangers (20)
8 nouveaux HDR en 2007 viennent s’ajouter aux 5 de 2006 ; ce qui porte à 23 le nombre total de HDR
au LETI.
♦ 2006 : V. Jousseaume, F. Bertin, M. Belleville, D. Davis, A. Gliere
♦ 2007 : V. Ivanova, B. De Salvo , A. Danel, E. Defay, A. Jerraya, J-J. Chailloux, J. Sudor, Y. Fouillet
3. Une part importante accordée à la formation
1
7
12
7
10
18
6 7
37 38
21
29
48
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007
0
10
20
30
40
50
60
Etrangers
Total
RTB
CarnotNombre de post-docs
2 23
8
13
1920
15
26
56
68
82
73
91
0
5
10
15
20
25
2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
Etrangers
Total
Nombre de thèses
DRT-/ CEA-Grenoble
Page 16
4. La valorisation industrielle en ligne de mire
De nouveaux domaines applicatifs sont explorés dans 3
projets CARNOT de recherche technologique et 3 groupes
de travail pour préparer de nouveaux projets à démarrer en
2008.
♦ Eclairage
♦ Capteurs chimiques
♦ Electronique in vivo
♦ Photovoltaïque (GT)
♦ Electronique automobile (GT automobile et GT
puissance)
Un projet ambitieux dans le domaine de l’éclairage a
démarré en 2006 afin d’évaluer les potentialités d’une
technologie à base de ZnO. De nombreux Go/No Go sont
prévus en cours de projet afin de focaliser les ressources
sur les approches les plus prometteuses et de statuer au
bout de 3 ans sur la poursuite de cette voie.
En 2008, nous prévoyons d’entamer une démarche
d’analyse des opportunités de valorisation de la
partie cristallogenèse du ZnO auprès des fabricants de
matériaux, principalement des PME locales.
Les capteurs chimiques répondent à une demande de
plus en plus forte du marché dans le domaine de
l’environnement, de l’habitat, de la sécurité. Le
partenariat structurant avec Caltech, leader du
domaine depuis 15 ans, permet au LETI de viser des
objectifs ambitieux en minimisant les risques sur le design
et les choix technologiques. La rupture vient du
changement d’échelle entre MEMS et NEMS, qui permet
par exemple de démontrer des seuils de détection de 20
zepto grammes; l’approche VLSI développée dans le projet
étant une première mondiale.
Le marché de l’électrostimulation cérébrale
devrait connaître une forte croissance dans les années à
venir pour atteindre 4.5B$ dans 5 ans.
Le projet CARNOT se place en amont de la
préfiguration de Clinatec avec le Pr A.-L. Benabib, en
combinant les compétences du LETI en micro et nano
technologie avec les compétences en neurosciences de ses
partenaires UJF, INSERM et CRETA pour aborder les
ruptures apportées par la miniaturisation des implants et
de l’ajout de fonctions d’enregistrement électrique de
l’activité neuronale.
Un groupe de travail a démarré sur le photovoltaïque afin
de proposer un projet sur la troisième génération de
cellules abordant les aspects système, design, et matériaux.
Deux groupes de travail, l’un «techno push» sur la
puissance, associant notamment le LAAS et l’autre
«application driven» sur l’automobile proposeront des
actions pour structurer une offre LETI dans l’électronique
automobile.
5. De nouveaux domaines applicatifs :
♦ Le projet Unimos, démarré dans le cadre RTB, portant
sur la réalisation de dispositifs sur GeOI a été valorisé à
la fois dans le cadre du contrat de collaboration avec
SOITEC et dans le cadre du contrat de collaboration avec
l’Alliance en 2006 et 2007, avec une extension probable
dans la collaboration trilatérale avec IBM et ST. Par
ailleurs, une licence pourrait être négociée avec SOITEC
pour le transfert du procédé d’épitaxie de Germanium
par condensation.
Le show room représente une vitrine du LETI et participe à
la communication autour des micro et nanotechnologies
auprès d’un public large. Aussi l’abondement CARNOT a –
t-il été utilisé pour contribuer en 2007 à hauteur de 600
K€ à cette initiative.
Le ressourcement CARNOT doit permettre au LETI de
conserver et de développer une avance scientifique et
technologique par rapport à l’état de l’art industriel,
mais aussi de consolider un socle de différenciation et
de valorisation au travers d’une propriété intellectuelle
et industrielle. Depuis avril 2006, les projets de
ressourcement ont donnés lieu à la rédaction de 53
brevets. Les premières valorisations industrielles se
comptent parmi les projets initiés dans le programme
RTB puis poursuivis dans le cadre Carnot:
♦ Par exemple, le projet «électronique in vivo» démarré en
2003 et qui a donné lieu en 2007 au transfert industriel
du système de microélectrodes BioMEATM à Biologic,
une PME de 35 personnes pour des applications in vitro
et in vivo sur le petit animal.
DRT-/ CEA-Grenoble
Page 17
Les composants miniaturisés sur silicium (More
Than Moore)
o intégration de bases de fréquence par
nanodispositifs magnétiques résonnants
o nano systèmes électromécaniques et intégration
«in-IC»
La photonique
o architectures d’imageurs optique en rupture
o nouvelles technologies pour l’éclairage à l’état
solide
o la plasmonique
Technologies et applications wireless, objets
communicants
o Radio opportuniste
o Architecture de multiprocesseur parallèle
(projet piloté par le LIST, non détaillé ici)
Les microtechnologies pour la biologie et la
santé
Un des apports des nanotechnologies dans ce
domaine est de permettre à terme des méthodes de
diagnostic et d’intervention in-vivo extrêmement
ciblées
o Electronique in-vivo: implant de matrices
d’électrodes pour le diagnostic et la
thérapeutique
o Imagerie de fluorescence profonde
En 2007, le ressourcement Carnot s’est traduit par une
recherche technologique de base, et une validation au
travers d’un démonstrateur technologique, dans quinze
projets Carnot, selon les quatre axes prioritaires de
recherche du LETI :
Technologies silicium
La partie More Moore où les enjeux résident dans
l’amélioration des performances et de l’intégration
(«programme cœur CMOS», avec notamment réduction
des tailles critiques, évolution des architectures de
transistors, intégration de nouveaux matériaux). Les
projets de ressourcement sont:
o Nouvelles architectures de transistors pour les
nœuds 22nm et en deçà.
o Transistors à nanofils gravés MULTIFILS
o Transistors sur substrats à haute conductibilité
thermique DIAMANT
o Graphène
La partie Beyond CMOS; au-delà de l’approche de
structuration par lithographie, le développement des
nanosciences vise à explorer de nouvelles fonctions par
fonctionnalisation, intégration et mise en œuvre collective
‘nano-objets’ (nanofils, nanotubes, molécules) déjà formés
sur des surfaces préparées.
o Intégration «bottom-up» de molécules et de
nanofils pour les fonctions de mémoires et
d’interconnexions
o Intégration de nanofils ‘uniques’ de silicium
UNIFIL
6. Bilan détaillé des projets Carnot LETI :
Multifils; 1,6; 11%
Unifils; 0,0; 0%
Intégration GeOI;
2,9; 22%
NEMS in IC; 2,5;
19%
CC3M Chimtro; 0,8;
5%
RF Spintronique;
0,7; 5%
Imagerie fluo; 0,8;
6%
Imageurs en
rupture; 0,6; 4%
Electronique in
vivo; 0,6; 4%
Eclairage état
solide; 1,7; 12%
MPPA; 0,5; 4%
Graphène; 0,1; 1%
Diamant; 0,0; 0% Plasmonique; 0,5;
3%
Radio
opportuniste; 0,6;
4%
13.9 M€ projets en 2007 Projets démarrés en 2006
DRT-/ CEA-Grenoble
Page 18
3Dimensions GeOI-SOI et Variabilité (3DGSV)
Chef de projet : Maud Vinet
Responsable scientifique : Simon Deleonibus
L’objectif de ce projet est de concevoir des solutions
innovantes pour le nœud 22nm (échéance 2013 pour la
production), en proposant des études technologiques
complètes (substrats et nouvelles architectures de
transistor), avec le soutien des concepteurs pour
quantifier et optimiser les performances de ces nouveaux
circuits du point de vue de l’utilisateur final.
Pour atteindre cet objectif, le projet se décompose en trois
axes de recherche :
-L’augmentation de la densité et de la performance
des circuits, en conservant les bases de fonctionnement
des MOSFETS sur
film mince (SOI:
S i l i c o n - O n -
I n s u l a t o r ) ; l a
stratégie choisie
consiste à intégrer
e n 3 D d e s
transistors nMOS
et pMOS (par
exemple nMOS sur
SOI au «niveau 1» et
pMOS sur GeOI au
«niveau 2» afin
d ’ o p t i m i s e r
séparément les deux
types de transistors).
-L’étude des potentialités de dispositifs en rupture afin
de proposer une alternative au MOSFET pour certaines
applications dédiées (IMOS ou MOSFET à ionisation par
impact, et TFET ou band-to-band Tunneling FET).
-La mise en place d’une méthode d’évaluation des
dispositifs innovants sur des critères objectifs, ce qui
implique de pouvoir caractériser les variations des
dispositifs sur film mince, de les modéliser correctement,
de développer une méthode d’analyse statistique réaliste, et
de déduire des règles de conception des circuits robustes
aux fluctuations.
Résultats obtenus:
-Premier sous-projet : 3D et GeOI
Le premier report d’un film monocristallin de Silicium sur
une plaque de 200 mm de transistors SOI déjà fabriqués –
étape préliminaire fondamentale pour envisager une
intégration 3D- a été réalisé, avec une très bonne qualité de
collage.
Pour les technologies sur GeOI, la diffusion du Ge lors de la
germaniuration est en cours de compréhension et de
résolution, et le siliciure de nickel a été stabilisé
thermiquement jusqu’à 600°C, ce qui permet d’envisager
de l’utiliser pour l’étage inférieur. Les plus petits pMOS sur
GeOI au monde ont été réalisés avec une mobilité restant
supérieure à celle du silicium.
Les premiers schémas d’implantation de circuits en 3D ont
été réalisés, permettant ainsi d’étudier les propriétés de
couplage entre couches propres à la 3D.
-Deuxième sous-projet : IMOS-TFET
Un modèle compact décrivant sur toute la plage de
fonctionnement le comportement électrique des dispositifs
unitaires IMOS a été réalisé, puis implanté dans un
simulateur circuit, afin de décrire le comportement
dynamique des circuits.
-Troisième sous-projet : Variabilité
La compétitivité des technologies FDSOI en termes de
dispersion par rapport au silicium massif a été
démontrée expérimentalement; la compétitivité du FDSOI
pour les circuits numériques et pour les mémoires a été
confirmée par simulation.
a)
LG=105nm
50nm BOX
Ge
LG=105nm
50nm BOX
Ge
b)
1.E-10
1.E-09
1.E-08
1.E-07
1.E-06
1.E-05
1.E-04
-1.50 -0.50 0.50 1.50Gate Voltage (V)
Dra
in C
urre
nt (A
/µm
)
-100V<Vbg<0V0V<Vbg<100VVbg = 0V
Channel+Pocket Vd=-50mVW/L=2.5/2.5µm
Vbg:-100V 100V
Observation MEB d’un PMOSFET sur GeOI avec une
longueur de grille de 105nm
Courant de drain en fonction de la tension de grille pour
un transistor avec dopage canal et implantation poches.
DRT-/ CEA-Grenoble
Page 19
Multifils Chef de projet : Thomas Ernst
Responsable scientifique : Jacques Gautier
L’objectif de ce projet est de développer des techniques
originales de réalisation de matrice de nanofils 3D
permettant de répondre aux futurs besoins de la
nanoélectronique, dans le domaine de l’électronique très
basse consommation et dans le domaine des mémoire 3D
de stockage ultra-dense.
Pour l’électronique très basse consommation, il s’agit de
démontrer la co-intégration de nanofils sur un seul niveau,
de diamètre et de rugosité contrôlés.
Pour le stockage ultra-dense, l’objectif est de démontrer la
faisabilité une nouvelle technologie (nanofils empilés et
grilles enrobantes) pour la réalisation de transistors 3D,
puis de mémoires flash 3D ultra denses.
Pour atteindre cet objectif, le projet se décompose en trois
sous-ensembles :
Matériaux :
Cette première partie du projet doit conduire au
développement de nouvelles techniques de traitement
thermique, de lithographie et de gravure permettant
d’obtenir des nanofils de Si, de SiGe et de Ge de traille
nanométrique et de forme contrôlée.
Intégration :
Des schémas d’intégration permettant d’obtenir des
nanofils 1D co-intégrés FDSOI et des nanofils 3D empilés
pour des applications mémoires ultra-denses seront
développés.
Design, modélisation compact et simulation :
Il s’agit de modéliser les nanofils pour permettre la
simulation des circuits les intégrant (architecture FDSOI et
mémoires)
Résultats obtenus:
Matériaux :
Un certain nombre de résultats matériaux majeurs on été
démontrés en 2007. Ainsi, des nanofils de diamètres
inférieur à 10nm ont été réalisés par des techniques
d’oxydation avec autolimitation du diamètre. Des nanofils
de SiGe de diamètre 25nm ont également été réalisés pour
des structures haute mobilité « cœur-coquille », servant de
base au projet RTRA « Core » en collaboration avec
l’université de Standford.
Intégration :
Les résultats matériaux très génériques sur les nanofils de
petit diamètre servent de base aux co-intégrations FDSOI,
au démonstrateur mémoire et aux intégrations NEMS
(Carnot NEMS) lancés en 2008. Par ailleurs, l’intégration
de nanofils empilés sur 3 niveaux de diamètre 25 nm de Si
a été démontrée morphologiquement ainsi que la co-
intégration avec des structures Finfet. Ces structures ont
été ensuite enrobées par un isolant de grille à haute
permittivité et une grille métallique. Cette étude
d’intégration se poursuit en 2008 pour la validation
électrique. Un concept de nanofil à grilles indépendantes
(PhiFet) a été publié puis démontré morphologiquement
pour la première fois au monde et doit ouvrir des
applications logiques et mémoire ultra-denses novatrices.
Trois brevets sont en cours de dépôt (dont un déposé en
2007) dans ces domaines.
Design, modélisation compact et simulation :
Un modèle compact de nanofils simplifié, basé sur une
approche originale, donne de premiers résultats
encourageants. A terme, ce modèle doit permettre de
simuler le comportement de nanofils pour les applications
logiques et mémoire à très basse consommation.
MICROSCOPE ELECTRONIQUE A BALAYAGE : Imagerie de nanomatériaux (nanofils) sur MEB
DRT-/ CEA-Grenoble
Page 20
Graphène Chef de projet : Thierry Poiroux
Responsable scientifique : Simon Deleonibus
Le graphène (monocouche de graphite) partage avec les
nanotubes de carbone une structure cristalline en nid
d’abeille, qui lui confère une structure de bandes
particulière et des propriétés de transport exceptionnelles ;
à la différence des nanotubes de carbone, il permet
d’envisager une approche top-down de l’électronique sur
carbone, et ouvre la voie à une intégration grande échelle
avec les moyens conventionnels de la microélectronique.
L’objectif du projet est de réaliser des transistors à canal en
graphène.
Pour atteindre cet objectif, le projet se décompose en trois
tâches :
1. Préparation de couches de graphène : L’objectif est
d’obtenir des couches de graphène sur isolant présentant
de très bonnes propriétés de transport ; les deux
approches choisies sont (i) le report de couches de
graphène à partir de graphite HOPG et (ii) l’obtention de
couches de graphène à partir d’échantillons SiC sublimés
sur des substrats de silicium surmontés d’une couche
isolante.
2. Simulation de l’impact des effets de bord : Pour
présenter un gap significatif, les rubans de graphène
doivent être très étroits (de l’ordre de 10 nm), ce qui rend
nécessaire la prise en compte des effets de bords, de la
rugosité des flancs et de la présence de défauts ponctuels
dans ces rubans.
3. Intégration technologique : les objectifs dans un
premier temps sont de mettre place les moyens et la
méthodologie de caractérisation du transport dans les
couches de graphène. Dans un second temps, l’objectif
sera la mise en place d’un process flow et la réalisation de
transistors.
Résultats obtenus:
Les premiers essais de préparation de couches de graphène
par les deux voies envisagées ont été réalisés, et des
premières caractérisations par spectroscopie Raman et par
XPS ont confirmé la formation de quelques couches de
graphène en surface du SiC.
La structure électronique de rubans de graphène a été
simulée par une méthode tight binding prenant en compte
la passivation des bords du ruban avec de l’hydrogène ; un
autre modèle est en cours d’élaboration pour décrire le
dopage au bore, afin de pouvoir étudier le transport
électronique en présence d’une distribution aléatoire de
dopants.
Transistors sur substrats à haute conductibilité
thermique DIAMANT Chef de projet : François Andrieu
Responsable scientifique : Olivier Faynot
L’objectif de ce projet est d’améliorer fortement la
dissipation thermique sous les points chauds, par la
réalisation de transistors sur substrats à haute
conductibilité thermique, obtenus par l’insertion d’une
couche diélectrique thermiquement conductrice (le
diamant) au plus près des zones actives.
Résultats obtenus:
Simulations :
Des simulations électriques et thermiques ont été faites
pour identifier les potentialités et les inconvénients du
diamant comme couche isolante et pour déterminer la
structure diamant/SiO2 optimale permettant de réduire la
température au niveau du drain des transistors sans
dégrader ni le contrôle électrostatique du canal court, ni les
performances dynamiques des transistors.
Synthèse, lissage et collage de films diamant :
Des films de diamant sur silicium ont été synthétisés par
dépôt chimique en phase vapeur assisté par plasma micro-
onde (MWCVD). Un travail important reste à faire pour
contrôler de façon satisfaisante l’homogénéité des couches
réalisées. Des premiers essais de lissage soit par polissage
mécanique, soit par gravure réactive d’une surface lissée
d’une couche d’oxyde déposée sur le diamant et planarisée
par CMP ont été réalisés. Une première démonstration a
été faite d’un collage moléculaire d’une plaque 2’’ de
diamant sur Si et d’une plaque 8’’ de Si. Ce résultat majeur
prouve la faisabilité de la fabrication de substrats de
Silicium sur diamant. Enfin, un premier lot de mise au
point de la filière SOD (silicon on Diamond) est
actuellement en cours de réalisation.
SiC hexa
Graphène
Recuit
SiC hexa
Graphène
Recuit
Vue de dessus d’un échantillon de SiC avant et après recuit et spectres
Raman obtenus en fonction de la durée du recuit.
DRT-/ CEA-Grenoble
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CC3M Chef de projet : Robert Baptist
Responsable scientifique : Stephan Roche
La multiplication des potentialités offertes par la chimie
pour réaliser des composants actifs ou connecteurs
moléculaires nécessite une approche globale et intégrée.
L’objectif de ce projet est de prévoir, comprendre, simuler,
fabriquer et caractériser des composants et des éléments de
connexion (composants actifs et passifs) à base de nano-
objets moléculaires.
Le projet se décompose en trois parties :
1. Simulation de nano-objets quasi 1D : ce premier projet vise à la compréhension, la modélisation puis le transfert vers des outils de simulation standardisés du transport électronique dans des connexions nano-filaires ou coaxiales (c'est-à-dire à base de matériaux π conjugués ou nanotubes métalliques) et dans des composants moléculaires (transistor 1D à nanotubes de carbone).
2. Intégration de nanofils organiques, nano-cables, et nanotubes pour la nanoélectronique : il s’agit ici de l’étude d’une connectique 3D (active et passive) à base de matériaux conducteurs ou semiconducteurs n et p, si possible auto-assemblés et spatialement séparés. La séparation du transfert de charges, électrons d’un côté et trous de l’autre via des molécules donneuses ou acceptrices séparées devrait permettre un meilleur transport de charge en évitant les recombinaisons non souhaitées.
3. Conception, synthèse et intégration de molécules dans des mémoires moléculaires : en s’appuyant sur de la modélisation en chimie quantique, cette partie du projet vise à fabriquer des mémoires moléculaires basées sur la fonctionnalisation d’un canal en nanofil Si par des molécules rédox ET bistables. Ceci nécessite de synthétiser des molécules actives, de greffer ces molécules sur des nanofils, et d’intégrer de tels nanofils greffés dans des dispositifs hybrides molécules/transistors CMOS afin de les tester en configuration ‘mémoire’
Résultats obtenus :
La simulation du transport dans des nanotubes en régime
hors équilibre a été réalisée, pour des nanotubes de
carbones métalliques et semiconducteurs. Des
interprétations statistiques ont été appliquées aux résultats
de mesures entreprises sur des nanotubes de carbone en
configuration « vias » (tubes métalliques connectés aux
extrémités).
Une « filière » OFET (organic field effect transistor) a été
mise en place, et les transistors à petite molécules
(rubrène) ont été caractérisés ; les résultats sont au
meilleur niveau mondial et un brevet a été déposé
conjointement par le CNRS et le CEA. Une première
génération de nanofils organiques par auto-assemblage de
cristaux liquides a été réalisée. Une preuve de
démonstration d’un transistor cristal liquide émetteur de
lumière est attendue en 2008 et deux projets de brevets
sont en cours de discussion.
Enfin, en ce qui concerne le sous-projet sur les mémoires
moléculaires, la détermination des meilleurs sites de
greffage des molécules pour greffer celles-ci sur un nano-
objet (nanofil, nanodot) a été réalisée.
Microscopie optique d’un cristal
liquide pour composant électronique
DRT-/ CEA-Grenoble
Page 22
Résultats obtenus :
A partir d’une filière compatible CMOS, les premiers
wafers comportant plus de 2,5 millions de NEMS ont
été obtenus, et la viabilité d’une densité d’intégration
de l’ordre de 60000 nanosystèmes par mm2 a été
prouvée. Cette première réalisation mondiale d’un
aussi grand nombre de nanosystèmes sur un substrat
200mm démontre la pertinence technologique d’une
approche d’intégration collective large échelle pour les
NEMs.
Une collaboration officielle a été signée sur cette
thématique entre le CEA-LETI et le laboratoire
C A L T E C H ‘ A l l i a n c e f o r N a n o s y s t e m s
VLSI’ (www.nanovlsi.com)
Nano systèmes électromécaniques et intégration
« in-IC » (‘NEMS’)
Chef de projet : Philippe Andreucci
Responsable scientifique : André Rouzaud
Dans les applications grand public où la demande en
capteurs est croissante, la miniaturisation des composants
est un enjeu majeur dans la course à la réduction du prix, à
l’accroissement des fonctionnalités, et à l’intégration avec
l’électronique de traitement. De plus, au-delà des
problématiques d’intégration, il est établi que le passage à
l’échelle nanométrique permet d’accéder à des
performances inégalées pour des applications de détection
ultra sensible de masse ou d’espèces chimiques. L’objectif
final de ce projet est la mise au point de « nano systèmes
électromécaniques ». Pour atteindre cet objectif, le projet
se décompose en quatre blocs :
♦ La mise au point des techniques de rupture ou briques de base essentielles à la mise au point des futurs nanosystèmes (mise au point de la boîte à outils NEMS et constitution de la PI associée)
♦ L’utilisation de ces technologies de rupture pour l’étude de fonctions élémentaires ciblées sur deux types de véhicules de test à fort potentiel technique et économique : les capteurs chimiques sur la base de nanorésonateurs mécaniques, et les nano-switches bistables.
♦ La mise au point d’architectures systèmes pour la réalisation de démonstrateurs.
Premiers NEMS VLSI
Forte densité d’intégra-tion ~60.000 NEMS/
DRT-/ CEA-Grenoble
Page 23
Unifil Chef de projet : Sergio Nicoletti
Responsable scientifique : Noël Magnea
La technologie basée sur l’utilisation de semiconducteurs
unidimensionnels comme les nanofils apparaît comme une
technologie émergente des plus prometteuses mise en
avant par les rapports de l’ITRS. Ce projet adresse un nœud
clé pour l’intégration de nanofils : la maîtrise d’un fils
unique localisé à l’endroit souhaité sur un wafer de
200mm. L’expertise développée sera valorisée par la
réalisation d’un démonstrateur optique pour le stockage de
données à très haute densité.
Pour atteindre cet objectif, le projet se décompose en
quatre tâches :
1. Développement de procédés pour la maîtrise de la
localisation et de la croissance des nanofils.
2. Réalisation d’une tête de lecture et écriture pour
l’enregistrement optique haute densité.
3. Réalisation de vias « intelligents » constitués d’un
transistor vertical ou les canaux sont réalisés par des
nanofils obtenu par croissance catalysée. Ces structures
permettront d’ajouter une fonctionnalité de
reconfiguration des blocs logiques dans les circuits
intégrés.
4. Réalisation d’autres démonstrateurs, de type matrices
de lentilles à immersion solide pour la réalisation de
capteurs chimiques et biologiques, détecteurs de lumière
nanométrique, nanosources de lumière.
Vue en coupe Vue de dessus
Démonstrateur nanoélectronique avec effet transistor
grilleoxyde
NF de SiSiO2
SiO2
Si
Metal inf
Metal sup Metal de grille
NF de SiOxyde de grille
a) b)
grilleoxyde
NF de Si
grilleoxyde
NF de SiSiO2
SiO2
Si
Metal inf
Metal sup Metal de grille
NF de SiOxyde de grille
a) b)
Résultats obtenus :
Le projet est à son démarrage (lancement en septembre
2007). Parmi les premiers résultats, des premiers essais de
réalisation d’une lentille à immersion solide (SIL) par
gravure isotrope de SiO2 à travers à un trou obtenu par
lithographie optique. L’intérêt de coupler un nanofil à une
lentille à immersion solide est de rendre détectable et
manipulable macroscopiquement un nanoobjet individuel.
Dans le cadre du projet, l’ensemble SIL + nanofil est
exploité comme sonde d’émission et détection de radiation
électromagnétique à haute résolution.
DRT-/ CEA-Grenoble
Page 24
Fonctions RF en Spintronique Chef de projet : Marie-Claire Cyrille
Responsable scientifique : Bernard Dieny
Le but du projet est d’aborder la problématique des
composants radiofréquences à grande agilité pour les
télécommunications du futur, en explorant des voies
génériques au travers des solutions innovantes que peuvent
apporter les disciplines émergentes de la spintronique et
du multiferroïsme. Cette démarche converge aujourd’hui
sur l’idée de composants hautement fonctionnalisés en
rupture forte avec les technologies actuelles des oscillateurs
et des filtres dont les verrous sont le manque de flexibilité
en bande spectrale, la dégradation des performances en
bande élargie et une consommation prohibitive.
Le projet se décline en trois work packages :
1. Nano-oscillateurs RF à électronique de spin, agiles en
fréquence par commande en courant : il s’agit d’étudier
la génération d’oscillations entretenues dans des
nanostructures magnétorésistives par injection d’un
courant statique polarisé en spin. Cette tâche comprend
une partie ‘théorie et simulation numérique’, une partie
‘matériaux et nanofabrication en 200mm’, et une partie
‘études dynamiques’.
2. Concepts « multiferroïques » pour l’auto polarisation et
l’accordabilité en tension des dispositifs magnétiques
hyperfréquences : il s’agit d’étudier et d’appliquer les
principes d’auto-polarisation magnétique pour les
hyperfréquences à travers le couplage d’échange et les
principes d’accordabilité magnétique en tension à travers
le couplage ferromagnetisme / piézoelectricité.
3. Nano-oscillateurs RF auto polarisés et doublement agiles
en fréquence par commande en courant et en tension : il
s’agit ici d’implémenter les solutions du second work
package à une nouvelle génération de nano-oscillateurs
RF à électronique de spin hybrides.
2 3 40,00,51,01,52,02,53,03,54,0
P (n
V2 /H
z)
f (Ghz)2 3 4
0,00,51,01,52,02,53,03,54,0
P (n
V2 /H
z)
f (Ghz)Représentation schématique d’une vanne de spin avec polariseur perpendiculaire, avec caractéristiques R-H et spectres dynamiques
Résultats obtenus :
Nano-oscillateurs RF à électronique de spin, agiles en
fréquence par commande en courant :
♦ Première observation d’excitations HF en champ
appliqué nul induites par l’injection d’électrons polarisés
hors du plan dans des vannes de spin.
♦ Développement de nouvelles filières nano-oscillateurs en
200mm (comportant 7 niveaux de masques) avec
d’excellents rendements (>90% points fonctionnels).
♦ Fabrication de Nano-oscillateurs magnétiques à base de
jonctions tunnel à barrière MgO à bas produit RA et forte
TMR.
♦ Observation d’excitations RF cohérentes dans les
jonctions tunnel MgO avec de faibles largeurs de
raie (∆f<20MHz) et une augmentation de puissance
intégrée de +35dB par rapport à des dispositifs standard
à base de vannes de spin.
Concepts « multiferroïques » pour l’autopolarisation et
l’accordabilité en tension des dispositifs magnétiques
hyperfréquences :
Le démarrage de travaux originaux en simulation
micromagnétique vise la prise en compte du couplage
d’échange entre une couche ferromagnétique et une couche
antiferromagnétique et son exploration dynamique à haute
fréquence. Le couplage d’échange est une des solutions à
l’autopolarisation magnétique des couches oscillantes ou
résonantes permettant de s’affranchir d’un champ
magnétique continu extérieur.
Un modèle numérique multiphysique intégrant modules
piézoélectrique, magnétoélastique et dynamique est en
cours de réalisation. Les premiers travaux de simulation
ont permis de figer les bases de la conception d’un
actionneur hybride spécifique combinant actionnement
piézoélectrique et couplage magnétoélastique. Une filière
technologique a été établie; la prochaine étape consistera à
dessiner les masques et à lancer les premiers lots
électriques pour validation du concept. Une deuxième
réalisation visera la fabrication d’inductances variables
complètes.
DRT-/ CEA-Grenoble
Page 25
Architectures d’imageurs optique en rupture
Chef de projet : Benoît Giffard
Responsable scientifique : Alan Matthewson
Le projet Carnot Imagerie a pour but de démontrer la
faisabilité de plusieurs approches en rupture dans le
domaine de l’imagerie électronique :
- Une amplification du signal au plus près de la détection
pour obtenir un signal plus facilement lisible. Cette
amplification est basée sur l’utilisation de l’avalanche
électronique sous fort champ électrique.
- L’empilement des pixels détectant les différentes
couleurs, pour diminuer la pression dimensionnelle
horizontale et exploiter les circuits suivant une approche
3D
- La détection basée sur une interaction entre le photon et
une liaison chimique dans un matériau organique, en
s’appuyant sur les analogies biologiques connues.
Les capteurs d’images vivent actuellement une mutation
importante qui conduit à une dégradation forte du niveau
du signal à lire, à cause de la réduction des dimensions des
circuits. Pour contrer cette évolution, plusieurs types de
capteurs d’images ont été imaginés et testés ; les 3 sous
projets répondant à cette demande ont donné les résultats
résumés ci-dessous :
Premier sous-projet : Ce pixel vise à multiplier le signal
photoélectrique avant lecture, pour améliorer le rapport
signal/bruit des faibles signaux. La structure imaginée a
fait l’objet d’un dépôt de brevet. Un pixel à avalanche
novateur, se démarquant des réalisations proposées par
ailleurs, a été conçu et les premiers motifs de test sur
Silicium ont été réalisés. Les premières mesures ont permis
d’observer un effet d’amplification comme attendu.
0
1
2
3
4
5
2 4 6 8 10
VG3:VG5 (V)
Ga
in
d
'av
a-
lan
che
(%)
0
1
2
3
4
5
2 4 6 8 10
VG3:VG5 (V)
Gain d'avalanche (%)
Pixels innovants : Mesure du gain d’un pixel en fonction de la tension appliquée
Deuxième sous-projet : la détection des couleurs est faite
par un empilement vertical de détecteurs. La modélisation
a fourni l’empilement visé, qui demande de maîtriser des
diodes en silicium amorphe entre 2 couches d’ITO (Indium
Tin Oxide). La faisabilité des diodes unitaires a été
démontrée, ouvrant la voie à l’empilement complet du
détecteur chromatique.
Troisième sous-projet : plusieurs approches de détecteurs
organiques sont envisagées, basées sur l’interaction d’un
chromophore avec un nanofil de carbone, ou avec une
couche ultrafine de silicium. La sensibilité mesurée, basse
jusqu’à présent, doit être améliorée par l’utilisation d’une
structure assemblant une photogrille greffée sur SOI
ultrafin.
DRT-/ CEA-Grenoble
Page 26
Nouvelles technologies pour l’éclairage à l’état solide
4 Démonstration de la faisabilité de LEDs à nanofils sur
substrats alternatifs
5 Expertise composant : architecture innovante de
LEDs pour l’éclairage, compétence générique sur la
caractérisation fonctionnelle et la thermique des LEDs
de puissance
Résultats obtenus:
1 Premier ZnO monocristallin massif obtenu par une
technique originale de sublimation
2 Basculement en type p d’un matériau initialement de
type n obtenu par un procédé de dopage développé sur
ZnO massif ; observé à basse température jusqu’à 150K,
c’est la première étape vers l’obtention du type p à
température ambiante
3 Procédé d’intégration de référence développé sur des
hétérostructures planaires à base de GaN validé par des
LEDs bleues fonctionnelles ; couches planaires
homoépitaxiales de ZnO épitaxiées par MOVPE
présentant une qualité structurale et spectroscopique à
l’état de l’art
4 Développement de procédés d’épitaxie de nanofils
alignés verticalement sans catalyseur ni
nanostructuration de substrat : nanofils ZnO sur saphir
par MOVPE, nanofils GaN sur Si par MBE et nanofils
GaN sur saphir par MOVPE présentant une très bonne
qualité structurale ; développement des premiers
procédés d’intégration collective de nanofils verticaux et
validation électrique des contacts
5 Trois brevets déposés sur des architectures
innovantes de LEDs à nanofils ; analyse comparative du
packaging de LEDs blanches de puissance commerciales,
influence sur le management thermique et les
performances électrooptiques
Quatre autres brevets, en cours de dépôt fin 2007, portent sur les différents volets du projet : croissance massif, dopage
ZnO, LED planaire ZnO, LED nanofils.
Nanofils ZnO sur saphir avant a), b) et après planarisation c) - Images MEB.
Chef de projet : François Levy
Responsable scientifique : Jean-Michel Gerard
L’enjeu du projet est de proposer pour 2010 une
technologie de LEDs de forte puissance pour l’éclairage,
compétitive par rapport à la filière GaN à base de LEDs
planaires bleues associées à un luminophore jaune. Il s’agit
de trouver un nouveau compromis entre plusieurs
problématiques, la puissance émise par unité de surface,
l’efficacité, la qualité colorimétrique, la thermique (dissiper
la chaleur), et le coût (en privilégiant les substrats de grand
diamètre > 6pouces).
Le projet se focalise sur des approches qui permettront de
réaliser des LEDs émettant dans le proche UV avec un bon
rendement, considérant que cette gamme d’excitation
permettrait d’améliorer la qualité colorimétrique du blanc
et que la filière GaN n’y apporte pas de solution
satisfaisante. Deux approches sont sélectionnées :
� Le ZnO comme matériau alternatif, présentant un fort
potentiel pour obtenir un bon rendement radiatif et la
spécificité de la disponibilité de substrats monocristallins
massifs de bonne qualité cristalline.
� Les nanofils comme technologie de rupture pour une
meilleure efficacité d’extraction et la possibilité d’intégrer
ces structures sur des substrats de grandes surfaces et
dissipatifs avec une très bonne qualité cristalline malgré
un fort désaccord de maille avec le substrat.
Le projet est décomposé en 5 sous-projets
1 Procédé de fabrication de ZnO monocristallin
compatible grande surface (substrat)
2 Maîtrise du dopage p de couches ZnO avec procédé
grande surface
3 Réalisation de LEDs UV planaires à multipuits
quantiques à base de ZnO
DRT-/ CEA-Grenoble
Page 27
Plasmonique
Chef de projet : Yohann Desières
Responsable scientifique : Patrick Chaton
Depuis quelques années, un nombre croissant de travaux
est publié sur les propriétés des modes de surfaces de type
« plasmon » dans des structures métallo-diélectriques.
L’utilisation de ces modes (résultat d’un couplage cohérent
entre le champ électromagnétique et les électrons de la
structure) peut permettre de concentrer ou guider le
champ électromagnétique sur des échelles largement sub-
longueur d’onde. Les applications potentielles sont par
exemple :
♦ Les sources optiques de taille nanométriques,
♦ Les dispositifs photodétecteurs ou photovoltaïques multi spectraux, notamment en couche mince,
♦ L’optimisation du rendement interne et externe de diodes électroluminescentes.
Le projet se décompose en trois axes :
1 Développer des « nano antennes » et des « nanoguides » plasmons qui permettent une localisation et une concentration efficaces du champ électromagnétique sur des échelles typiques de l/10 à l/100.
2 Adapter ces antennes pour renforcer la luminescence ou l’absorption de matériaux en couches minces placées dans le champ proche de ces objets.
3 Evaluer les possibilités d’accordabilité électro-optique des propriétés « plasmon » dans la perspective de pallier aux imperfections technologiques (incluant les aspects matériaux) et de développer des dispositifs plasmons «actifs».
Les démonstrateurs envisagés au terme du projet sont les
suivants :
♦ Un dispositif efficace de photo détection Silicium en couche mince
♦ Une diode électroluminescente de type OLED à fort rendement d’extraction
♦ Un dispositif d’optique intégré sur Silicium permettant la concentration des photons sur des dimensions nanométriques.
Résultats obtenus :
Une méthode de calcul dite des « sources fictives » est en
cours d’implémentation, afin de pouvoir traiter rapidement
des problèmes de nano-optique 3D en ne prenant en
compte que la surface des objets. Le premier code validé en
2007 permet le calcul de la diffraction par un ensemble de
sphères diélectriques ou métalliques. La détermination
expérimentale des propriétés des matériaux est cruciale
pour la conception et la compréhension de dispositifs
plasmons. Une technique de mesure de ces propriétés a été
mise en place. Elle permet d’une part d’évaluer
qualitativement la qualité de matériaux plasmon et d’autre
part de remonter aux constantes optiques de la couche
métallique. Des essais de fabrication de nano antennes et
autres motifs nanométriques métalliques ont été réalisés
par photolithographie avec obtention de gaps de l’ordre de
50nm par des techniques de lithographie électronique,
dépôt métallique et lift off. Enfin, un système de
microscopie en champ proche optique a été mis en place
dans le domaine visible pour la caractérisation des
dispositifs et fonctions de bases.
Images MEB et AFM de nanoantennes métalliques réalisées par litho-
graphie électronique et lift off.
DRT-/ CEA-Grenoble
Page 28
Electronique in-vivo : implant de matrices d’électrodes pour le diagnostic et la thérapeutique
Résultats obtenus:
- Biopsie cellulaire : développement d’une chimie de
surface pour prélever des cellules entières et démonstration
de faisabilité
Micro-électrodes : réalisation de matrices implantables
souples avec report d’électrodes silicium amincies
(vignetage), croissance de nanotubes de carbones, et
caractérisation des dispositifs. Ces matrices ont été testées
in-vitro sur cœur de grenouille, et in-vivo sur un primate de
type macaque.
- Plate forme de test in-vivo : validation de la plateforme
concue sur une base de système Neurocom et adaptée pour
un contexte d’applications in-vivo sur le rat. Cette
plateforme dans sa version in vitro fait l’objet d’un
transfert industriel vers la société Bio-Logic.
Chef de projet : Régis Guillemaud
Responsable scientifique : Hervé Fanet
La convergence des micro et nanotechnologies avec les
neurosciences et la médecine crée l’opportunité de
développer des dispositifs pour l’étude des réseaux de
neurones et des effets des médicaments sur les cultures
neuronales, en vue de la stimulation cérébrale à fin
thérapeutique et de la suppléance fonctionnelle des
handicapés moteurs cérébraux (Brain Computer Interface).
L’enjeu de ce projet est donc le traitement des maladies du
Système Nerveux Central (SNC) par des dispositifs
implantés de deuxième génération pour le diagnostic et la
stimulation avec boucle de contrôle ; ces systèmes
d’enregistrement miniaturisés seront implantables de
façon chronique, afin de donner accès à une gamme large
de signaux neuronaux, des signaux unitaires issus d’un
neurone à des signaux lents d’activité cérébrale globale.
Les objectifs scientifiques et techniques du projet sont les
suivants :
o Développer une boîte à outils de briques de base
permettant de lever deux verrous, les
interfaces avec le vivant, et la gestion des
signaux afin de permettre le développement
d’implants de stimulation du système nerveux
central miniaturisés, et intégrant un contrôle
local de la stimulation.
o Intégrer ces briques dans une plate forme de
test in-vivo animal pour valider les concepts et
les mettre au service des recherches en
neurosciences
o Développer une application de ces dispositifs,
les interfaces cerveaux machines (BCI) en lien
avec la préfiguration de Clinatec, avec le
Professeur A.L. Benabid.
Enregistrements biologiques (obtention de potentiel
d’action) avec un cœur de xénope
Banc de test in vivo sur la base d’un système BioMEA
DRT-/ CEA-Grenoble
Page 29
Imagerie de fluorescence profonde
Chef de projet : Philippe Rizo
Responsable scientifique : Jean-Marc Dinten
L’enjeu du projet est de développer l’imagerie moléculaire
optique pour les applications cliniques en cancérologie, et
de l’utiliser pour le diagnostic et le dépistage précoce de
cancers chez l’homme, afin d’améliorer la sensibilité et la
spécificité, tout en limitant l’utilisation des rayonnements
ionisants.
Lors d’examen en fluorescence de structures profondes, la
lumière d’excitation traverse beaucoup plus de tissus sain
que de tissus malade (marqués). L’autofluorescence des
tissus sains est donc plus importante que la fluorescence
des tissus marqués. Le but du projet est donc de
développer des approches permettant d’exalter le signal
issu du tissu malade.
Le premier objectif est de développer des sondes optiques
très spécifiques et très luminescentes (soit des molécules
fluorescentes, soit à base de nanoparticules) qui ne
fournissent aucun signal quand elles ne sont pas sur leur
cible.
Le deuxième objectif est de développer une approche peu
sensible à l’autofluorescence, à l’aide d’une méthodologie
de mesure résolue en temps.
Résultats obtenus:
Développement de sondes luminescentes :
En collaboration étroite avec la DSM/INAC, de nouvelles
boites quantiques à base d’InP (donc sans Cadmium) avec
une coquille de ZnS émettant dans le proche infrarouge ont
été synthétisées; ces nanocristaux sont extrêmement
stables et présentent un rendement quantique de
fluorescence de 10%. Les études de fonctionnalisation de la
surface de ces nouveaux nanocristaux débutent.
L’activation de la fluorescence de quantum dots
commerciaux basée sur l’utilisation de bras auto-sécables a
été validée.
De nanoémulsions composées de nano-particules
organiques encapsulant un fluorophore organique, dont
tous les composés sont approuvés pour l’injection chez
l’homme et dont les propriétés de biodistribution sont
ajustables selon la problématique clinique retenue
(oncologie, imagerie de la vascularisation ou des chaînes
ganglionaires,…) ont été développées en collaboration avec
l’ESPCI.
Instrumentation de mesure :
L’utilisation de ces fluorophores très performants associés
à la mise au point d’une chaine de mesure résolue en temps
spécifiquement dédiée à la mesure de fluorescence a
permis des mesures de détection de signal profond. La
profondeur de mesure atteinte dans des tissus biologiques
est de l’ordre de 3,5 cm à comparer au 1,5cm atteint par un
système standard. Ces résultats permettent d’envisager des
applications endoscopiques de la mesure de fluorescence
profonde telles que le guidage de biopsie dans le cancer de
la prostate.
DRT-/ CEA-Grenoble
Page 30
Radio opportuniste Chef de projet : Christophe Delaveaud
Responsable scientifique : Dominique Morche
La plupart des systèmes de communication sans fil
d’aujourd’hui n’ont pas la connaissance de leur
environnement spectral et sont conçus pour fonctionner
sur une bande de fréquence spécifique en utilisant un
système d’accès au spectre prédéfini. La radio cognitive ou
opportuniste est vue comme la fusion de la radio logicielle
(radio flexible en termes de caractéristiques de
transmission telles que fréquence, largeur de bande et
forme d’onde) et une forme d’intelligence capable de
réaliser des décisions sur la configuration instantanée de la
radio logicielle pour atteindre un objectif particulier. La
combinaison de ces technologies doit rendre la radio
flexible et intelligente de sorte à s’adapter aux changements
d’environnement et aux besoins de l’utilisateur. Le projet
Carnot Radio Opportuniste s’intéresse à la couche physique
du système sans fil opportuniste et a pour objectif de
proposer des solutions en rupture pour l’agilité de
composants clés du frontal radiofréquence tels que
l’antenne, le filtrage, les oscillateurs, l’amplification et la
conversion analogique numérique en se basant sur les
disciplines émergentes de la spintronique et du
multiferroïsme.
Le projet comporte trois parties :
1 Antennes : L’objectif pour ce bloc est de réaliser une
antenne capable de fonctionner sur une large bande de
fréquences et de taille électrique (comparée à la longueur
d’onde de fonctionnement) réduite. L’axe de recherche
privilégié pour atteindre cet objectif est d’utiliser une ou
plusieurs antennes, de les rendre agiles et/ou les faire
commuter.
2 Frontal Radiofréquence : L’objectif de ce bloc est
de traiter les signaux analogiques à la sortie de l’antenne
pour les ramener en bande de base, et ensuite de les
échantillonner pour que les traitements numériques
puissent ensuite s’appliquer. Pour cela, le frontal doit
pouvoir :
� S’adapter à une antenne qui fonctionne sur une
tres large bande de fréquences
� Etre capable de filtrer le signal pour diminuer sa
dynamique.
� Etre agile en fréquence, et fonctionner sur une
largeur de bande variable
3 Matériau : L’objectif est la conception de nouveaux
matériaux aux propriétés physiques ajustables et adaptées
à la réalisation d’antennes et composants (inductances)
agiles pour le frontal radiofréquence.
En effet, la faisabilité de matériaux magnétiques à faibles
pertes aux caractéristiques de perméabilité ultime permet
d’envisager des solutions pertinentes dans le domaine de la
miniaturisation d’antennes et de composants
hyperfréquences. De plus, l’utilisation de matériaux piézo-
électriques va permettre d’ajuster les propriétés
fréquentielles des matériaux magnétiques.
Résultats obtenus :
Dans le domaine des antennes, les avancées majeures
obtenues sont principalement liées à la modélisation/
simulation par des outils électromagnétiques commerciaux
de structures antennaires aux fréquences UHF incluant des
couches minces. Il s’agit d’une étape essentielle qui
permettra de développer un outil de conception efficace
d’antennes miniatures et agiles intégré à un design flow
complet du frontal RF
Dans le domaine du frontal RF, différents résultats ont
été obtenus:
♦ L’analyse de l’impact de l’utilisation d’inductances
variables sur les performances des VCO (consommation,
bruit de phase, gamme de fréquence) a été réalisée,
notamment en développant un modèle (schéma
équivalent) de self variable adapté aux simulateurs
électriques de type ‘spice’.
♦ L’introduction d’inductance variable a également été
étudiée pour le filtrage analogique et les pistes les plus
pertinentes ont été identifiées pour les solutions de
filtrage agile.
♦ L’intérêt de l’utilisation de selfs variables a été mis en
évidence pour la réalisation de réseaux d’adaptation
d’impédance accordables en fréquence. Des
spécifications de réseaux d’adaptation en fonction des
caractéristiques d’antennes ont été définies.
♦ Pour ce qui concerne la conversion analogique-
numérique, les différents standards radios ont été
analysés afin de dégager les spécifications globales des
ADCs (Analogic Digital Converter). Une méthode
originale d’analyse de l’impact technologique sur les
performances des convertisseurs analogique-numériques
a été proposée. Elle est fondée sur la recherche d’une
expression basée sur une analyse physique prenant en
compte le type d’architecture et la technologie utilisée
pour évaluer un facteur de mérite pertinent de l’ADC.
Enfin, concernant les matériaux multi-ferroïques, un
premier succès a été obtenu en trouvant un compromis de
réalisation pour un premier assemblage de couches de
FeCo/NiMn avec des couches de SrTiO3 présentant des
pertes exceptionnellement faibles.
DRT-/ CEA-Grenoble
Page 31
B. Bilan Carnot LIST : 1. Introduction
Le LIST, Laboratoire d’Intégration des Systèmes et des
Technologies est en charge des recherches technologiques
dans le domaine des systèmes à logiciel prépondérant. Le
LIST mène ses recherches en partenariat avec les grands
acteurs industriels du nucléaire, de l’automobile, de
l’aéronautique, de la défense et du médical pour étudier et
développer des solutions innovantes adaptées à leurs
besoins.
Un objectif majeur du LIST pour la période 2006-2009 est
d’accroitre encore la diffusion vers l’industrie des
70
22 24
51
1997 2003
26 28- Facteur 2 : invest. R&D
177$/hab
64$/hab
187$/hab
219$/hab
80$/hab
243$/habS
ourc
e :
CSTI
70
22 24
51
1997 2003
26 28- Facteur 2 : invest. R&D
177$/hab
64$/hab
187$/hab
219$/hab
80$/hab
243$/habS
ourc
e :
CSTI
2. Le contexte technico-économique
innovations technologiques développées en interne, dans
Digiteo Labs, ainsi que celles établies grâce aux
collaborations entre instituts Carnot. Dans ce but, le LIST
veut assurer une meilleure fluidité de l’amont vers l’aval en
renforçant ses savoir-faire de base, sa propriété
intellectuelle, les dispositifs visant la diffusion vers d’autres
secteurs, et en pérennisant les liens privilégiés qu’il a su
créer avec les grands systémiers ou intégrateurs de
technologie. Pour atteindre ces objectifs, un important
programme de ressourcement scientifique et technologique
est mis en place, basé sur un nombre limité de programmes
de taille critique. Ce programme est au cœur du dispositif
de progrès du LIST.
Les technologies logicielles et la science des systèmes sont
des priorités majeures au niveau mondial se développant
dans un contexte concurrentiel de renforcement
extrêmement rapide de partenariats scientifiques et
industriels. C’est vrai dans le domaine de l’aéronautique, de
l’automobile, de la défense et de la sécurité, des
télécommunications, de la santé et de l’énergie. Pour
préserver et accroître durablement cette compétitivité par
la maîtrise du logiciel et des systèmes, de grandes
initiatives Recherche-Industrie ont été prises en France et
en Europe dans lesquelles l’Institut Carnot CEA LIST a été
très proactif.
En France, le cluster industriel du pôle de compétitivité
mondial SYSTEM@TIC mise sur le déploiement des
technologies logicielles et des systèmes complexes.
D’autres pôles, comme Aerospace Valley, Minalogic, Image
et réseaux… ont mis ces domaines d’expertise au cœur des
programmes déjà labellisés. Les programmes supportés par
l’Agence Nationale de la Recherche dans le domaines des
systèmes embarqués sont très nombreux et complètent les
autres outils d’intervention de l’Etat.
En Europe, la haute priorité des technologies logicielles est
reconnue : un évènement marquant est la signature lors du
conseil européen de décembre 2007 de la 1ère JU (Joint
Undertaking) européenne ARTEMIS qui vient ainsi
renforcer le cluster ITEA2 du programme EUREKA.
Cette priorité est reconnue pour trois raisons majeures :
♦ la maturité du secteur des systèmes embarqués ; en
témoigne la feuille de route précise et consensuelle
appelée « Strategic Research Agenda »,
♦ le réel engagement de l’industrie en matière
d’innovation ; en témoigne la capacité d’investissement
propre des industriels en R&D dans ce secteur,
♦ l’existence de centres d’excellence Européens ; en
témoigne la coopération, mais aussi la compétition entre
plusieurs sites, Digiteo Labs étant l’un d’eux.
Ces initiatives doivent permettre à l’Europe de relever un
défi pour lequel les Etats-Unis et des pays asiatiques, en
particulier le Japon et la Corée ont eux-mêmes lourdement
investi. La capacité de mobilisation des acteurs de la
recherche technologique tels que le CEA LIST est un
facteur essentiel de réussite pour la vitalité de l’industrie
Française et Européenne.
Quelques chiffres : en matière de R&D en sciences et
technologies de l’information et de la communication
(STIC), l’intensité de R/D européenne par habitant est très
en deçà de celle des Etats-Unis et du Japon, avec un écart
croissant.
DRT-/ CEA-Grenoble
Page 32
3. Le positionnement du CEA LIST
L’Institut Carnot CEA LIST s’inscrit dans une démarche
volontariste de convergence pour faire émerger en Ile de
France sur le Plateau de Saclay un pôle « technologies des
logiciels et maîtrise des systèmes complexes » de stature
mondiale. Il se situe dans un contexte de renforcement
extrêmement rapide des partenariats scientifiques et
industriels sur le plateau de Saclay dont le CEA LIST en est
un acteur proactif.
Cette évolution vers la recherche partenariale est renforcée
par les initiatives suivantes :
a) Le pôle de compétitivité mondial
System@tic Paris Région
Le pôle System@tic regroupe les acteurs industriels
majeurs du domaine comme Thales, Alcatel Lucent, EDF,
EADS, Dassault Systèmes, France Telecom, Renault. Le
CEA LIST joue un rôle important dans le cluster dont il
constitue la composante majeure pour la recherche
technologique. Le pôle System@tic a lancé des challenges
industriels ambitieux impliquant le CEA LIST via de
grands programmes structurants tels qu’Usine Numérique,
Num@tec Automotive, Usine Logicielle, Sécurité des
Infrastructures Critiques, Plate-forme de confiance, le
supercalculateur FAME2 ou le projet Téraflops embarqué.
L’impact récent de ce cluster sur le plan moyen long terme
du CEA LIST est important puisqu’à ce jour les contrats
cumulés issus du partenariat industriel induit se montent à
près de 25 M€.
b) Le campus Digiteo Labs
Le campus Digiteo Labs regroupe six établissements (CEA,
CNRS, Ecole Polytechnique (X), Ecole Supérieure
d’Electricité (Supélec), INRIA et Université Paris-Sud 11) et
permet au plateau de Saclay de disposer désormais du
premier « parc de recherche » français dans le domaine des
STIC. L’accord Digiteo a été consolidé début 2006 par la
signature d’une convention avec les trois collectivités
territoriales qui soutiennent l’initiative des établissements
fondateurs : le Conseil Régional d’Ile-de-France, le Conseil
Général de l’Essonne et la Communauté d’Agglomération
du Plateau de Saclay. Digiteo a obtenu le label RTRA
(Réseau Thématique de Recherche Avancée) et est ainsi
devenu le premier RTRA dans le domaine des STIC en
France, apportant une nouvelle reconnaissance de
l’excellence scientifique du projet.
A côté des partenaires fondateurs, quatre établissements
dits « partenaires associés », l’ENS de Cachan, l’Université
de Versailles St Quentin, l’Ecole Centrale de Paris et
l’INRIA Rocquencourt participent aussi au RTRA Digiteo.
c) Le relais de croissance européen
Le CEA LIST s’est fortement engagé dans la préparation du
7ème PCRD, comprenant notamment la mise en place des
« European Technology Platform » (ETP), avec une
participation active à la rédaction des agendas stratégiques
de recherche (SRA) pour Artemis (domaine des systèmes
embarqués), l’Ertrac (transport automobile et
infrastructures), Eposs (Capteurs et microsystèmes
intelligents) et Europ (robotique).
Les premiers appels à projets sont lancés et le CEA LIST est
bien positionné pour y répondre, au cœur des réseaux
industriels et participe de manière active à l’élaboration des
roadmaps technologiques .
A titre d’exemple, la contribution du CEA LIST dans
Artemis s’est récemment traduite par l’élection de l’un de
ses représentants au présidium d’ARTEMISIA.
La feuille de route de ce consortium privé-public repose sur
une forte croissance des investissements de recherche par
les industriels, les états-membres, et les fonds propres de la
Commission européenne.
Cette initiative, première du genre en Europe, constitue
donc pour le CEA LIST un relais de croissance significatif,
toujours dans l’esprit de la recherche partenariale et dans
la continuité des partenariats industriels actuels : les
grandes entreprises françaises du secteur des systèmes
embarqués sont également de grandes entreprises
européennes animatrices de la JU (Joint Undertaking). Un
premier appel à projet sera lancé au printemps 2008, doté
d’un budget de plus de 250 M€.
D’autre part, le rôle actif du CEA LIST peut aussi être
illustré par la constitution du premier Cluster d’innovation
Eicose au sein d’Artemis, dans le domaine de l’électronique
embarquée pour l’automobile, le ferroviaire et
l’aéronautique. Enfin, l’engagement du CEA LIST dans les
programmes du PCRD est soutenu par une dynamique très
forte au niveau du programme EUREKA et
particulièrement le Cluster ITEA.
d) Les laboratoires communs et le transfert
industriel
Le CEA LIST a un modèle partenarial fortement centré sur
la propriété industrielle. Les technologies développées au
LIST répondent aux besoins des utilisateurs finaux,
généralement de grands groupes ou systémiers avec
lesquels il contractualise sous forme de programmes
communs de recherche pluriannuels. Ces partenaires
« privilégiés » constituent les early adopters de ces
technologies. Une fois développées, ces technologies sont
transférées à des « fournisseurs », par exemple des
éditeurs de logiciels ou équipementiers, pour élargir la
diffusion de la technologie vers d’autres segments de
marché et assurer ainsi la pérennité de ces technologies. Le
modèle de recherche partenariale du CEA LIST se
concrétise ainsi sous la forme de programmes communs de
recherche avec des industriels et de projets menés avec les
industriels dans le cadre des appels à projets nationaux
ANR, FCE, AII et régionaux.
DRT-/ CEA-Grenoble
Page 33
4. Les défis technologiques et la stratégie de ressourcement
b) Systèmes Interactifs
Interactions Réel/Virtuel : nouveaux paradigmes
d’interaction, simulation réaliste et comportementale
Les défis à relever portent sur la modélisation des
environnements virtuels, réaliste et adaptée au retour
haptique. Il faut donc être capable de développer des
algorithmes temps réel de détection de collision pour
traiter des modèles réalistes de très grande taille. Un effort
doit donc être porté sur les aspects de modélisation et de
simulation dynamique temps réel.
Technologies pour le traitement sémantique de
l’information multimédia
Les principales évolutions vont concerner l’indexation
intelligente sur le web sémantique. Les principaux verrous
à lever vont porter sur la construction automatique
d’ontologies et d’annotation sémantique de documents
paramétrée par une ontologie ainsi que sur le
développement de systèmes de questions/réponses sur
information non-structurée.
Face à la demande industrielle dont la demande de R&D
globale croit de plus de 7% par an sur une période de plus
de 10 ans (soit plus que doubler) le CEA LIST s’est
structuré suivant 3 programmes :
• Systèmes embarqués
• Systèmes interactifs
• Capteurs et traitement du Signal
Chaque programme vise à relever prioritairement les
défis suivants (axes à très grand potentiel)
a) Systèmes Embarqués
Le calcul massif embarqué (Embedded Computing) avec
un enjeu important autour des architectures
« multiprocesseurs » et « reconfigurables »
L’évolution de la demande industrielle vers des systèmes
complexes distribués et communicants nous amène à
innover sur les architectures de systèmes sur puce. Il faut
maîtriser les architectures multi coeurs intégrant des
processeurs optimisés pour l’embarqué en prenant en
compte notamment l’optimisation du rapport
performance/consommation/surface. Il faut ainsi proposer
des modèles de programmation innovants adaptés à ces
nouvelles architectures.
Sûreté et Sécurité avec un enjeu important portant sur la
« Confiance »
Il faut pouvoir dimensionner, vérifier et valider les logiciels
ou modèles grâce à des détections de menaces par analyse
statique, à des analyses temps réel (ordonnançabilité,
dimensionnement), des évaluations par la preuve formelle.
« Middleware Embarqué »
Il faut être capable de proposer des nouvelles méthodes de
développement de systèmes complexes basés sur des
modèles génériques et des passerelles sémantiques. Un
effort doit être porté sur les infrastructures de
communication à base de composants (middleware
répartis temps réel).
Face aux enjeux de l’Embedded computing, le LIST a
proposé des solutions en rupture pour le calcul massif
embarqué (architectures multicoeurs). C’est l’objet de
l’intiative de ressourcement PLATEFORME OUVERTE
MULTIPROCESSEUR.
Cette initiative conduit à la création d’une start-up en
2008.
Le CEA LIST a aussi amélioré la visibilité européenne de
l’activité, notamment en participant à des programmes
européens FET et en contribuant à des projets structurants
à forte visibilité (NoE, plateformes, projets issus
d’Artemis…)
Le projet de ressourcement MANIPULATION
INTELLIGENTE permettant de comprendre et de
reproduire les gestes de la main a été engagé. Il permettra
de consolider les partenariats industriels sur les interfaces
tactiles ainsi qu’avec les éditeurs de logiciels surtout dans
le domaine de la CAO et et de la maquette numérique.
DRT-/ CEA-Grenoble
Page 34
Contrôle industriel avec un enjeu stratégique autour de
l’outil de simulation CIVA
Les capteurs souples et intelligents correspondent
aujourd’hui à une demande émergente importante pour
laquelle il faut combiner des développements
technologiques innovants (face avant de transducteurs
souples, technologies intégrant des micro capteurs,
instrumentation intégrée, micro connectiques pilotant un
grand nombre de capteurs individuels…) avec des outils
logiciels avancés (simulation en temps réel et correction de
lois, adaptabilité des transducteurs, intelligence
embarquée, imageurs magnétiques…).
Le projet de ressourcement CIVAMONT 2012 a été engagé.
Le LIST cherche à élargir le domaine d’utilisation de ces
technologies vers le domaine des ultrasons médicaux, qui
constitue un marché beaucoup plus important que celui du
CND. Le domaine est porteur avec une utilisation
croissante des ultrasons en imagerie ou en thérapie, où l’on
apprécie leur caractère non invasif, non radioactif et leur
facilité de mise en œuvre.
6. Synthèse des avancées principales des cinq projets Carnot du LIST¶
Chaque action Carnot est menée sous forme de projet avec à la tête, un binôme constitué d’un chef de projet et
d’un responsable scientifique (Directeur de Recherche au CEA/DRT) ; compte tenu de l’objectif de
ressourcement, de capitalisation et de diffusion des connaissances acquise, le responsable scientifique est chargé
d’établir des partenariats amonts nécessaires, de mettre en place une communication scientifique qui allie le dépôt
de brevet et la participation à des conférences internationales ou la publication dans des revues internationales de
haut niveau.
c) Capteurs et Traitement du Signal
Instrumentation avancée pour la santé avec un enjeu
important sur les technologies pour la radiothérapie.
Dans un contexte d’accidentologie préoccupant, le défi à
relever sera de pouvoir développer une plateforme de
radiothérapie afin de maîtriser la complexité des machines
et d’en tirer ainsi en toute sécurité les meilleures chances
de guérison pour des patients.
Le projet de ressourcement OPTIDOSE a été engagé. Il
constitue un des éléments d’une plateforme technologique
pour la radiothérapie (DOSEO) à l’horizon 2010. La
plateforme se traduira par l’installation à Saclay
d’infrastructures et de matériels de dernière génération,
permettant de bâtir une offre conséquente de R&D
métrologique et technologique orientée vers les industriels
du domaine. Un important volet de formation est prévu
dans la plateforme, avec la collaboration précieuse de
l’INSTN
D’autre part, un effort a porté sur les technologies
DIAMANT faisant l’objet d’un projet de ressourcement et
dont les verrous technologiques sont mentionnés dans la
fiche projet.
DRT-/ CEA-Grenoble
Page 35
MANIPULATION INTELLIGENTE Chef de projet : Alain Micaelli
Responsable scientifique : Christian Fluhr
Le projet Manipulation intelligente vise à comprendre et
reproduire les gestes de la main, afin de soulager l’homme
de tâches nécessitant habileté physique et cognitive. Ce
projet implique de combiner des équipes de recherche sur
l’ingénierie de la connaissance et sur la réalité virtuelle. Le
projet se situe dans le contexte général de la maquette
numérique interactive, adoptée par un nombre croissant de
grands industriels, les principales vocations de cette
maquette étant la conception, la maintenance, la
formation, et l’évolution du poste de travail.
Le projet se concentre sur la manipulation suivant trois
axes, l’interactivité, la dextérité, et l’intelligence.
• Interactivité par le développement d’interfaces innovantes en termes d’architecture de gant haptique, d’actionnement associé et de capteurs tactiles.
• Dextérité par développement d’algorithmes de commande pour la manipulation robuste dextre.
• Intelligence par le développement de méthodes et outils
d’apprentissage de tâches de manipulation complexe.
Résultats obtenus :
Interactivité :
Un résultat significatif a été obtenu en termes
d’optimisation d’actionnement magnéto-rhéologique ; une
étude prospective d’un actionneur à base de polymère
électro-actif ionique a été effectuée.
Dextérité :
Un algorithme d’optimisation des efforts de serrage sous
contrainte de mouvement sans glissements a été mis au
point. Un algorithme de commande robuste vis-à-vis de
perturbations a été formulé théoriquement et validé.
Deux thèses ont démarré l’une dans l’axe dextérité et
l’autre dans l’axe intelligence.
MPPA plate forme ouverte multi-processeur Chef de projet : Michel Harrand
Responsable scientifique : Thierry Colette
La réalisation de plates-formes ouvertes multiprocesseur
devient un enjeu stratégique pour les acteurs mondiaux des
systèmes embarqués. L’allongement du temps de
conception dans ces technologies, la difficulté de devoir
maîtriser toute la panoplie de briques -notamment les
processeurs rapides-, et le coût non récurrent prohibitif des
petites série d’ASIC pour le volume visé a conduit à
imaginer une solution nouvelle utilisant des designs plus
génériques et plus flexibles, pouvant être adaptés à de plus
petites séries. L’ambition de ce projet est donc de préparer
les bases architecturales d’une architecture multicoeur
pour l’embarqué, reconfigurable.
Le projet MPPA se décline en trois sous projets :
Valorisation : Il s’agit de définir suivant le domaine
d’application l’architecture du composant multiprocesseur
adaptée ainsi que son mode de valorisation, en s’appuyant
sur les concepts d’architectures de calculs existants
Améliorations et support d’exécution système :
L’objectif est d’apporter les évolutions nécessaires dans
l’architecture du composant et d’assurer le développement
des outils et environnements nécessaires au déploiement
au niveau système de telles solutions.
Calcul adaptatif et environnement système :
L’objectif de ce projet plus amont est de lever les
principaux verrous pour proposer des solutions de calcul
après 2010
Résultats obtenus :
L’architecture globale du composant multiprocesseur a été
raffinée, et un modèle d’exécution détaillé a été défini pour
cette architecture ; l’architecture de certains blocs internes
a été définie, en particulier en ce qui concerne les fonctions
de mémorisation et d’entrée/sortie. Enfin, une étude
comparative d’architectures de processeurs élémentaires a
été menée.
DRT-/ CEA-Grenoble
Page 36
OPTIDOSE Chef de projet : Bénédicte Poumarede
Responsable scientifique : Jean Barthe
Les enjeux d’Optidose sont l’optimisation de la dose
délivrée au pation, lors des traitements par radiothérapie,
dans le but d’augmenter ses chances de guérison. Cette
optimisation repose sur l’introduction d’une dosimétrie
temps réel et personnalisée. Cette dosimétrie du futur sera
adaptée à l’appareil de traitement, à la réaction de
l’organisme, et aux tumeurs à traiter.
Les objectifs scientifiques et techniques du projet sont :
• Réaliser une planification optimale du traitement
• Calculer précisément et rapidement la dose adéquate
• Savoir reconstruire la dose tridimensionnelle réellement reçue par le patient.
Les thèmes de recherche d’Optidose sont :
• la simulation incluant les données de radiobiologie pour l’optimisation du traitement
• la mesure et le stockage de l’information dosimétrique
• la qualité des validations tant métrologique que logicielle.
Résultats obtenus :
Une méthodologie de calcul par réseau de neurones,
combinant l’apprentissage sur des résultats Monte Carlo et
du calcul aux interfaces a été validée dans des milieux
simples (eau/os)
La parallélisation du code Monte Carlo a été effectuée avec
succès. L’introduction dans le code d’algorithmes de
réduction de variance a permis de réduire les temps de
calcul d’un facteur 15. Toutes ces améliorations du code ont
été validées par la comparaison de calcul à des mesures de
métrologie réalisées au LNHB.
Enfin, concernant la reconstruction de la dose 3D, les
calculs de la ‘fonction de transfert’ (méthode des noyaux de
convolution) ont été réalisés en milieu homogène.
Les techniques d’irradia-tion actuelles et futures offrent de nombreuses possibilités de personnali-sation du traitement. On voit ici, par exemple, comment la forme de fais-ceau ou l’angle d’irradia-tion peuvent être modi-fiés. Ces nombreuses pos-sibilités exigent en retour des algorithmes et des moyens de calcul de haut niveau, dont l’étude fait partie du projet Optidose.
Projet DIAMANT
Chef de projet : Philippe Bergonzo
Il s’agit de définir la pertinence de l’utilisation du diamant
comme couche enterrée de dissipation thermique en
microélectronique. L’objectif du projet est de lever les 4
verrous technologiques identifiés, notamment : réalisation
des films très minces et continus de diamant (< 150nm),
l’obtention de faible rugosité (pour être compatibles avec
les techniques d’assemblage par collage moléculaire), la
bonne conductivité thermique (1 <σth< 140 W/K.m) et
enfin, l’exploration des technologies grandes surfaces (au-
delà de 4 pouces).
Cette première année du projet (2007) s’est focalisée
essentiellement sur le premier de ces 4 points, en
développant de nouvelles voies de nucléation du
diamant : l’approche à partir de la technique de
nucléation assistée par polarisation (BEN) a été
consolidée sur 2 pouces, et une approche innovante à base
de nanoparticules de diamant (nanoseeding) a été mise au
point. Ces deux approches ont permis d’atteindre des
densités de nucléation supérieures à 1011/cm2, permettant
ainsi l’obtention de films continus d’épaisseur
inférieure à la centaine de nanomètres. Les
échantillons synthétisés ont été caractérisés (XPS, AFM,
etc) et des études d’assemblage ont été engagées en
partenariat avec le LETI.
DRT-/ CEA-Grenoble
Page 37
CIVAMONT 2012 Chef de projet : Pierre Calmon
Responsable scientifique : Philippe Benoist
Les Contrôles Non Destructifs (CND) rassemblent les
techniques d’inspection utilisées dans l’industrie pour
détecter la présence de défauts remettant en cause la
conformité de la pièce testée. Ces essais interviennent soit
lors de la fabrication, soit lors de phases de maintenance ;
leur importance est considérable puisque c’est eux qui
permettent de garantir un haut niveau de qualité et de
sécurité des matériels. Le CEA-LIST a contribué à cette
évolution avec le développement de modèles numériques
au sein d’une plate forme multi-technique, le logiciel CIVA,
diffusée dans l’industrie. CIVA est à l’heure actuelle le
logiciel de référence en Simulation des méthodes de
contrôle non destructif, avec plus de 50 sociétés ou
instituts utilisateurs dans 20 pays. L’objectif du projet
CIVA 2012 est de dresser les contours qu’aura le logiciel
CIVA à l’aube de 2012.
Les enjeux de CIVAMONT 2012 sont triples :
• Imaginer les méthodes numériques du futur
• Construire les outils adaptatifs intégrés
• Développer des imageurs intelligents
Des collaborations amont sont engagées et financées avec
les laboratoires académiques L2S, X, LOA, LGEP, sur les
thèmes suivants :
• nouvelles approches en modélisation
• outils mathématiques et statistiques pour la généralisation d’algorithmes d’inversion en acoustique en acoustique et électromagnétisme avec L2S (Supelec), CEMAP (X)
• imagerie 3D et reconstruction avec LOA (ESPCI)
• hybridation des modèles
• couplages de méthodes numériques avec INRIA/ENSTA, LGEP (Supelec)
Cartographie des défauts
Résultats obtenus : Des méthodes de calcul des coefficients de diffraction 3D
en élasticité ont été développées, afin de permettre la
prédiction des échos de diffraction issus de fissures dans
des configurations géométriques complexes. Des méthodes
de calcul analytique en électromagnétisme ont été mises au
point, et appliquées au calcul des champs induits par des
bobines inductives désorientées.
De nouvelles techniques d’inversion non itératives ont été
appliquées au domaine de l’élasticité, et mises en œuvre
pour l’imagerie des défauts détectés par des réseaux de
capteurs ultrasonores.
Enfin, des méthodes numériques différentes ont été
couplées afin de permettre le calcul de la réponse de défaut
de toute épaisseur.
Par ailleurs, une dynamique impliquant les principaux
acteurs académiques du domaine (10 laboratoires français,
et 8 laboratoires européens) a été lancée en 2007.
DRT-/ CEA-Grenoble
Page 38
7. Ressourcement Carnot : bilan des indicateurs pour le LIST
L’objectif à quatre ans du LIST est de conduire des projets de ressourcement générant 10 brevets libres de licence
industrielle, 15 publications, impliquant 10 thèses de doctorat et 8 post-doctorants.
Bilan des thèses Manipulation intelligente 2 thèses lan-
cées en 2006 « Modélisation et commande de la manipulation en Réalité Virtuelle » – Romain Michalec DTSI/SRCI/LSI « Apprentissage pour la manipulation dextre en réalité virtuelle » – Antho-ny Truchet DTSI/SRCI/LSI
Civamont 2012 1 thèse lancée en 2006
« Reconstruction ultrasonore pour la localisation et la caractérisation de défauts détectés par techniques multi-éléments » Alex FIDAHOUSSEN– DETECS/SSYSC/LMS
Optidose 3 thèses lan-cées en 2006
« Etude numérique et expérimentale d’un système de planification de traitement pour la radiothérapie intégrant un calcul Monte Carlo : applica-tions aux hétérogénéités et petits faisceaux » Bouchra HABIB – DETECS/SSTM/LSVS
« Calcul par réseaux de neurones artificiels de la distribution de dose en 3D dans un fantôme de patient voxélisé pour le traitement du cancer par radiothérapie » Baptiste BLANPAIN – DETECS/SSTM/LIMA
« Reconstruction de la distribution 3D de la dose déposée lors d’une irra-diation en radiothérapie » Juan GARCIA – DETECS/SSTM/LID
MPPA
Diamant 1 thèse lancée en 2007
Anthony CHAVANNE « Hétéroépitaxie et dopage n du diamant sur Iri-dium »
TOTAL 7 thèses
Bilan des brevets Manipulation intelligente 1 brevet Dispositif de simulation tactile ou haptique , French Patent 06 32 130
Civamont 2012
Optidose
MPPA 4 brevets BD 10015 : « Mémoire partagée »
BD 10016 : « Commutateur d’alimentation à réponse rapide»
BD 10017 : « Procédé d’exécution global »
BD10018 : « Processeur d’entrées/sortie programmable »
Diamant
TOTAL 5 brevets
Bilan des publications
Manipulation intelligente 4 publications dans des conférences internationales
Civamont 2012 3 publications dans des revues à comité de lecture
3 publications dans des conférences internationales
Optidose 1 communication dans une conférence nationale
5 posters présentés dans des conférences nationales
MPPA
Diamant
5 publications dans des revues à comité de lecture
5 publications dans des conférences internationales
3 posters présentés dans des conférences internationales
TOTAL
9 publications dans des revues à comité de lecture
8 publications dans des conférences internationales
3 posters présentés dans des conférences internationales
1 communication dans une conférence nationale
5 posters présentés dans des conférences nationales
DRT-/ CEA-Grenoble
Page 39
8. L’étape ultérieure au ressourcement : les projets de maturation
Le travail effectué, tant du point de vue technologique que
marketing, a permis d’acquérir une meilleure visibilité des
technologies des acteurs académiques et industriels
mondiaux du domaine. Plusieurs projets financés
(Mediatic, POPS) ou en cours de rédaction en vue de
transfert, ont largement profités des développements du
projet SemanticVox.
GATEL (début, novembre 2006)
Le laboratoire sûreté des logiciels du CEA LIST et l'équipe
Demons du LRI (Université Paris-Sud, UMR CNRS)
travaillent ensemble sur le développement d'un outil de
génération automatique de séquences de tests, appelé
GATEL. Cet outil est utilisé dans l'industrie automobile et
l'avionique, domaines connus pour leur haut degré de
criticité. Cette opération de maturation technologique a
pour but de préparer l'intégration de GATEL dans SCADE
version 6, en cours de développement par la société Esterel
Technologies, en y incorporant des opérateurs temporels.
Le développement de l’opération se passe selon le planning
prévu. La valorisation de la nouvelle version de GATEL se
fera naturellement dans le cadre des activités d'Esterel
Technologies via le financement du sous projet Modrival
du projet Usine Logicielle du pôle System@TIC. L’analyse
marketing, dans ce cas, permettra d’évaluer la valeur de la
technologie à transférer au partenaire.
Le LIST s’est également engagé à développer des projets de
maturation ; ces actions doivent conduire à la réalisation
de démonstrateurs de laboratoire permettant de prouver
un concept scientifique innovant sur un marché donné. En
effet, il est courant qu’un projet de ressourcement puisse
atteindre plusieurs marchés à condition de fournir l’effort
nécessaire de « customisation » de la technologie initiale.
Plusieurs actions de maturation technologiques ont été
lancées depuis 2006. Nous allons présenter ici brièvement
deux actions de maturation, SemanticVox et GATEL.
SemanticVox (début, juillet 2006)
Le projet SemanticVox a opéré un couplage étroit entre les
technologies de reconnaissance de la parole du CNRS
LIMSI et les technologies d’analyse, d’indexation et de
recherche de documents multimédia développées au
Laboratoire ingénierie de la connaissance multimode
multilingue du CEA LIST.
La phase 1 a permis de réaliser un démonstrateur de
moteur de recherche de vidéo qui rend possible la
recherche d’extraits à partir du texte prononcé, comme on
le ferait pour une page Web. La deuxième phase a couplé
les technologies de transcription de la parole du LIMSI et
l’analyse morphosyntaxique du Laboratoire ingénierie de la
connaissance multimode multilingue du CEA LIST. Nous
entrevoyons qu’à terme, cette nouvelle technologie
apportera plus de robustesse à la transcription : diminution
des erreurs, réduction des coûts d’adaptation pour de
nouvelles applications.
Bilan des post-doctorants
Manipulation intelligente 1 post doc « Manipulation Interactive en Réalité Virtuelle » (terminé) CHARFI Hatem DTSI/SRCI/LSI
Civamont 2012
2 p o s t -doctorants au LIST, 1 post-doctorant au CMAP (X)
« Modélisation du contrôle ultrasonore par ondes de surface : Applica-tion aux techniques d’inspection par ondes rampantes », Guillaume Huet
« Méthodes ultrasonores multi-éléments 3D pour l’acquisition et l’ima-gerie haute résolution en contrôle non destructif», Guillemette Ribay
« Contrôle non destructif en élasticité : Formulations asymptotiques et algorithmes de reconstruction non itératifs », Ekaterina Lakovleva
Optidose 1 post doctorant (3 mois, puis recruté)
MPPA 1 post doctorant
Diamant
TOTAL 5 post-doctorants
DRT-/ CEA-Grenoble
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C. Carnot Energie du futur
1. Introduction
L’Institut Carnot Energies du Futur est construit avec les
acteurs du domaine de l’Energie de 8 laboratoires
universitaires liés au CNRS et de 2 départements du CEA-
LITEN eux-mêmes composés de 8 laboratoires. Cet
institut a été labellisé en 2007 (alors que les instituts
Carnot LETI et LIST sont labellisés depuis 2006).
L’objectif de l’Institut Carnot Energies du Futur est de
lancer des actions prioritaires de ressourcement dont les
effets:
• sur le long terme permettront de lever des verrous
technologiques et de constituer une propriété intellectuelle
2. Thématiques scientifiques de l’Institut Carnot Energies du Futur
Axe N°4 : Gestion de l’Energie, sources de
production, vecteurs et stockage
Cet axe concerne les sources d’énergie renouvelables, leur
raccordement au réseau et la gestion des charges, le
stockage, les échangeurs. Le vecteur électricité y joue un
rôle essentiel pour gérer l’énergie, dans les réseaux mais
aussi dans le transport, l’habitat ou les systèmes
embarqués. Le stockage est une thématique transverse,
notamment avec l’axe n°3 (énergie solaire) d’une
importance cruciale pour les énergies intermittentes qui
souffrent de la difficulté du stockage de l’énergie avec la
nécessité de développer des solutions bas coûts et à
sécurité améliorée.
Axe N°5 : Micro-sources d’énergie
L’énergie aux toutes petites dimensions devient un enjeu
essentiel et un verrou majeur à l’ère de la nomadisation,
des systèmes autonomes et portables. Outre les micro
actionneurs et micro capteurs qui sont à la base du
contrôle/commande et de la gestion de l’énergie dans les
micro systèmes, des sources d’énergie miniatures sont
développées dans les laboratoires de l’Institut Carnot
Energie, en lien avec le pôle MINALOGIC, bénéficiant ainsi
de la position de leader de Grenoble.
Axe N°6 : Modélisation, Simulation, Conception,
Optimisation
Cet axe est transverse aux 5 thématiques précédentes, tant
au niveau des études fondamentales qu’au niveau des
applications, en les appuyant sur des études de
modélisation et de simulation et en développant des outils
de conception et d’optimisation qui tiennent compte des
contraintes multiples auxquelles celles-ci sont soumises,
dans une vision de génie industriel.
• sur le court terme permettront de monter des projets
utilisant la synergie entre CEA et UNIVERSITÉS pour
réaliser de nouveaux démonstrateurs technologiques.
L’abondement Carnot est utilisé uniquement pour
l’acquisition d’équipements avancés, pour le
ressourcement en propriété industrielle et en
compétences. La coordination entre les laboratoires
Universitaires et le CEA est un atout important de part leur
complémentarité entre chercheurs, enseignants et
technologues; elle permettra d’engager des projets de
recherche de ressourcement communs.
Les activités de l’Institut constituent un continuum de
compétences du secteur amont au secteur aval ; elles
s’insèrent dans 6 axes de développement:
Axe N°1 : Matériaux et procédés pour l’énergie,
notamment en vue de l’amélioration de l’efficacité
énergétique. Cet axe couvre le domaine des matériaux pour
l’Energie et le domaine des procédés dont la maîtrise
permet des gains d’efficacité énergétiques significatifs pour
la réalisation d’éléments de composants de l’Energie
(sources, stockage, production,..). L’électronique de
puissance est un moyen incontournable pour améliorer
l’efficacité énergétique, en optimisant les systèmes de
conversion d’énergie et en les adaptant aux conditions de
fonctionnement optimal.
Axe N°2 : Composants pour la filière hydrogène
En amont des problèmes posés par les piles à combustible,
la production de l’hydrogène et son stockage demeurent
des points clés pour une utilisation à l’échelle industrielle.
Le second volet de cette thématique concerne la
connaissance et le développement de nouveaux matériaux
en vue d’améliorer leurs performances, leur durabilité et de
réduire leur coût.
Axe N°3 : Composants et systèmes pour la filière
solaire
Cet axe vise à améliorer les performances du silicium tout
en maîtrisant ses coûts de fabrication. Cette activité est au
cœur des compétences d’INES qui fédère les grands acteurs
de l’énergie solaire en France. Le couplage de l’énergie
photovoltaïque avec la thermique, l’électronique et les
composants basse consommation permet aux partenaires
de l’Institut Carnot de maîtriser l’ensemble de la chaîne de
R&D dans ce domaine, du composant au système.
Le présent document fait le bilan de l’ensemble des
actions de ressourcement de l’Institut Carnot
Energies du Futur, que ces actions soient menées
au sein de la DRT ou au sein de l’INPG ou à travers
des collaborations extérieures.
DRT-/ CEA-Grenoble
Page 41
Utilisation de l’abondement 2007 de l’Institut Carnot « Energies du Futur »
Les actions proposées pour un financement dans le cadre de l’abondement 2007 sont cohérentes avec les compétences et
objectifs de l’Institut Carnot Energies du Futur. L’Institut Carnot propose de déployer ses actions de ressourcement dans 6
grands projets fédérateurs, au cœur de ses thématiques :
Abondement 2007 Axe(s) concernés
Actions de ressourcement
Thermoélectricité 5 et 1
Matériaux et Composants Photovoltaï-ques
1 et 3
Modélisation de systèmes complexes 4 et 6
Biomasse 4 et 6
Actions de maturation
Composants de la filière hydrogène 2 et 4
Matériaux avancés pour l’énergie 1 et 4
Thermoélectricité : Nouveau matériaux pour la thermoélectricité
Cette première étape nous permet ainsi d’envisager
l’incorporation de nano-particules métalliques lors de la
synthèse et d’en évaluer ces effets sur les performances
thermoélectriques.
Les étapes technologiques d’assemblage et de connectique
des plots Bi2Te3 ont été identifiées et validés. Des méthodes
collectives de dépôt de brasure (par jet d’encre et
sérigraphie) sont en cours d’évaluation.
Une synthèse chimique de nano-particules de Bi2Te3 est en
cours d’analyse. Les premiers résultats obtenus sont
encourageants.
3. Synthèse des avancées principales des projets Carnot Energies du Futur
Il est tout d’abord rappelé que l’état d’avancement de ces projets est différent de ceux des Instituts Carnot LETI et LIST car
Energies du Futur a reçu le label Carnot au printemps 2007.
Noms et coordonnées des responsables : Marc Plissonnier-
LITEN
Description :
Réalisation de dispositifs thermoélectriques (semi
conducteur) à partir de nano objets
Objectifs visés :
Développer de nouveaux matériaux à l’échelle Nano pour
amener une rupture en terme de performance dans la
récupération d’énergie par voie Seebeck.
Il s’agit de développer des matériaux thermoélectriques
avec pour objectifs d’augmenter le facteur de mérite ZT à
basse température (matériau à base de Bi2Te3 pour une
température comprise entre l’ambiante et 400°C). Des
travaux seront également effectués pour diminuer la
résistance de contact entre le métal des collecteurs de
courant et le matériau thermoélectrique, ainsi que sur
l’architecture du dispositif complet.
Principaux résultats 2007 :
Le broyage des poudres de Bi2Te3 permet de synthétiser
par mécanosynthèse les phases désirées.
Le frittage par SPS des poudres de Bi2Te3 permet
d’atteindre des densités de matériau relativement élevé à
des températures plus faibles comparées aux procédés de
frittage conventionnel. Ainsi en optimisant les conditions
de frittage les performances thermoélectriques similaires
au massif ont été obtenus sur des poudres de type p.
Démonstrateur thermoélectrique de vitre rafraîchissante
DRT-/ CEA-Grenoble
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Noms et coordonnées des responsables : Philippe Thony-
LITEN
Description :
Développement de composants PV de nouvelle génération
basés sur des matériaux nanostructurés permettant la
conception de cellules photovoltaïques à très haut
rendement en filière silicium.
Objectifs visés :
Développement de matériaux nanostructurés compatibles avec la filière silicium, présentant une énergie de bande interdite supérieure à 1,5 eV et une conductivité équivalente à celle du silicium cristallin, afin de permettre la conception de cellules PV avancées. La nanostructuration étudiée ici concerne l’utilisation de nanofils.
Développement du procédé de croissance de nanofils de petit diamètre
Etude des procédés de germination de champ de nanofils denses
Développement de procédés de remplissage
Matériaux et Composants Photovoltaïques : Cellules Silicium Utilisant des Nanomatériaux
Permettant l’Augmentation du Rendement de Conversion photovoltaïque (SUNPEAC)
Développement de procédés de dopage des nanofils et étude de l’efficacité du dopage
Mise au point des techniques de prise de contact
Conception et tests de cellules PV utilisant des nanofils
Analyse et simulation des résultats obtenus
Principaux résultats 2007 :
Démouillage à 470 – 550 °C de gouttes d’Au sur substrat
Si, servant comme points de germination des nanofils
Croissance de nanofils de Si non-dopés, de diamètre 20 –
120 nm, selon taille des gouttes de Au
Remplissage par sol-gel de la couche des nanofils
Réalisation d’une première
intégration complète d’une
structure cellule PV, incluant les
prises de contact face avant et face
arrière, démontrant la conductivité
de l’ensemble
Premiers essais de dopage des
nanofils par diffusion POCl3 en
four haute température
Matériaux et Composants Photovoltaïques : Hétérojonctions pour cellules photovoltaïques silicium
de type N (HESIN)
Noms et coordonnées des responsables : PJ. Ribeyron—
LITEN
Description :
Développement d’une technologie à hétérojonctions a-Si/c-
Si sur substrat Si de type N
Objectifs visés :
A 2 ans, sur grande surface ( > 100 cm²) obtenir un rendement de 20% sur Si-mono et 17% sur Si-mc, et avec un procédé industrialisable.
Simulations de la structure à hétérojonctions avec les outils de simulation usuels des composants optoélectroniques
Adaptation des structures aux texturations chimiques
Optimisation de l’émetteur basse température et du nettoyage chimique préalable
Optimisation du BSF (Back Surface Field) basse température
Optimisation du procédé de dépôt ITO, évaluation de différentes techniques de dépôt
Adaptation du procédé au silicium multicristallin
Caractérisation Physique
Réalisation de démonstrateurs sur monocristallin et multicristallin (12.5*12.5 cm²et 15.6*15.6 cm²)
Principaux résultats 2007 :
Excellente passivation de surface de la couche a-Si
intrinsèque, permettant une durée de vie > 1 ms et une
vitesse de recombinaison de surface de 4-5 cm/s sur
substrat Si-mono à surface polie, en fonction de l’épaisseur
et du recuit de la couche
Mise au point d’un procédé émetteur (NH3 + recuit) avec
le LPICM
Mise au point d’un procédé de pré-nettoyage, avant dépôt
a-Si, par O3/HF/HCl-last
Réalisation de sérigraphie à basse
température avec pâte adaptée
Meilleur rendement cellule à
14.5% sur 5x5 cm2 de Si-mono de
type N avec texturation KOH
Croissance de nanofils de Si à partir de colloïdes d’or
Texturation de surface par KOH
DRT-/ CEA-Grenoble
Page 43
Noms et coordonnées des responsables : Yves Delannoy/
Daniel Bellet-SIMAP/LMGP
Description :
Un moyen de pallier à la consommation excessive du
silicium lors de la découpe de lingots est la coulée de
rubans. Pour conserver un haut rendement, il est
nécessaire de contrôler la cristallisation. La croissance de
nanofils est aussi une voie permettant la conception de
cellules à haut rendement.
Objectifs visés :
Développement de procédés de coulées en ruban et de
croissance de nanofils pouvant conduire à des ruptures.
- Optimisation des procédés
- Elaboration de matériaux aux propriétés optimales
- Définition des paramètres microstructuraux les plus
pertinents
Noms et coordonnées des responsables : Christophe
Corre—LEGI
Description :
Suivi d’interfaces fluide/fluide et changement de phase :
développement de simulations numériques directes pour
écoulements à topologie complexe
Objectifs visés :
Il s’agit de développer et de valider des outils de
simulations de systèmes multiphasiques de topologie
complexe impliquant des interfaces déformables avec prise
en compte de transferts thermiques et de changement de
phase. Les codes mis au point dans le cadre du projet
doivent avoir une double vocation recherche et industrie,
ce qui implique un compromis entre modélisation raffinée
et efficacité numérique. Ces développements s’appuieront
donc notamment sur les acquis en modélisation de la
turbulence (simulation des grandes échelles de la
turbulence / SGE) et en modélisation de systèmes
cavitants. Ils devraient bénéficier à terme des actions en
cours concernant le couplage RANS/LES ou encore les
techniques de frontières immergées.
Principaux résultats 2007 :
Un état de l’art des techniques les plus avancées en matière
de simulation de la dynamique d’interfaces a été réalisé, en
particulier par le biais d’échanges scientifiques dans le
cadre de séminaires invités au LEGI.
Cette démarche a permis de définir les choix de
méthodologie préalables au développement des outils de
simulation.
Les 3 grandes approches envisagées étaient une approche
de type « level set », une approche de type suivi explicite
d’interface par technique VOF ou une approche hybride
combinant les deux précédentes. Notre choix s’est
finalement porté sur les méthodes « level set » les plus
récentes qui permettent de réduire considérablement les
problèmes de conservation de la masse qui ont longtemps
pénalisé cette stratégie.
Un planning de développements numériques a également
été élaboré : ces développements s’appuieront d’une part
sur un code compressible disponible au LEGI pour la
simulation en maillages curvilignes des grandes échelles
d’écoulements turbulents monophasiques et d’autre part
sur un code compressible / incompressible pour la
simulation des équations de Navier-Stokes en maillages
non-structurés généraux. Ce second code est moins avancé
que le premier en termes de capacité de simulation
d’écoulements turbulents mais présente l’intérêt de
permettre le traitement de géométries complexes. Le fait de
travailler avec ces deux codes vise donc à avancer
simultanément sur le plan de l’adaptation de la
modélisation sous-maille au cas des écoulements
diphasiques et sur celui du traitement des géométries
complexes. Les outils numériques de suivi d’interface
seront développés autant que possible sous la forme de
modules qui puissent être compatibles avec les deux codes
de résolution.
Une fiche de poste pour un post-doctorant a été rédigée et
un candidat est actuellement recherché afin que la thèse
prévue à la rentrée 2008 puisse s’appuyer sur des outils
développés dans le cadre de ce post-doctorat.
- Analyse des relations avec les propriétés physiques
requises (phénomènes de transport, adsorption optique ….)
Principaux résultats 2007 :
Les recherches se sont portées en 2007 sur le procédé de
coulée en rubans. Par rapport aux acquis concernant la
coulée en lingots, il a été possible de démontrer la
faisabilité de ce procédé. La poursuite du projet permettra
d’optimiser les propriétés du matériau élaboré. Les points
suivants ont été abordés :
- Optimisation du procédé : développement d’un
actionneur électromagnétique permettant de passer de la
coulée de lingots à des rubans
- Optimisation des champs magnétique et thermique
- Modélisation et simulation du procédé
- Essais sur des matériaux modèles
- Etude du passage vers la coulée de silicium
Matériaux et Composants Photovoltaïques : GENSI : Elaboration, modélisation et caractérisation
des matériaux pour les cellules photovoltaïques de 2ème et 3ème génération
Modélisation de systèmes complexes : Simulation d’écoulements diphasiques complexes
DRT-/ CEA-Grenoble
Page 44
Noms et coordonnées des responsables : Raphael Caïre et
Bertrand Raison- G2Ela
Description :
Evolution au-delà des 20 prochaines années des réseaux de
distribution en présence de production décentralisée et de
leurs architectures: les réseaux de transport et
d’interconnexion et les réseaux de distribution ont des
structures et des modes d’exploitation différents et
«traditionnellement» découplés ; avec l’introduction
croissante de la production décentralisée au niveau des
réseaux de distribution, ce découplage est de plus en plus
atténué obligeant les opérateurs de réseau à considérer le
système dans sa globalité.
Objectifs visés :
L’ouverture des marchés de l’électricité, l’aspiration de
notre société à un développement durable associant la
Maîtrise de la Demande d’Énergie (MDE) et les énergies
renouvelables avec une dimension locale en progression,
vont faire évoluer le contexte et la fonction des réseaux de
distribution d’énergie. Les distributeurs et opérateurs
réseaux souhaitent développer des réseaux de distribution
intelligents et flexibles, intégrant au mieux ces énergies
locales en utilisant des dispositifs intelligents répartis.
L’accroissement de la flexibilité d’un réseau de distribution
peut passer par deux principaux axes de recherche :
• une recherche sur l’insertion de moyens de réglage
ou de coupure décentralisés ainsi que l’intelligence
(centralisée ou distribuée) associée à ces organes,
• une recherche sur de nouveaux chemins pour
aiguiller les flux d’énergie (nouvelles
architectures).
Certains distributeurs européens ont choisi d’exploiter
leurs réseaux de distribution moyenne tension bouclés : ces
réseaux de distribution offrent une qualité de service certes
très importante mais ont des coûts en conséquence.
L’objectif du projet est d’évaluer les opportunités d’une
mutation de réseaux de distribution exploitant au mieux les
énergies renouvelables sur la base d’infrastructures
flexibles et d’une intelligence locale distribuée.
Principaux résultats 2007 :
Analyse des avantages et inconvénients de nouvelles
topologies et modes d’exploitation de réseaux de
distribution avec de la production décentralisée et/ou
renouvelable sur la base de simulations numériques.
Modélisation de systèmes complexes : Optimisation de l’architecture des réseaux du futur
Après un master de recherche (hors Carnot) qui a traité des
outils automatiques de planification à long terme, liés avec
le sujet actuel, la doctorante poursuit une analyse
bibliographie et une étude papier.
Un article est en cours de rédaction pour être soumis i-
SUP2008, Innovation for Sustainable Production 2008,
BRUGES, BELGIUM, APRIL, 22 - 25, 2008, conférence sur
les réseaux électriques et la production décentralisée.
Bibliographie et analyse des architectures des réseaux
électriques bouclés existant de par le monde. Mise en
perspective avec les modes d’exploitation associés et des
difficultés d’exploitation et de continuité de service
(rencontre d’experts internationaux - équipementiers).
Mise en place d’algorithmes méta heuristiques qui
permettent de réaliser des plans d’investissements
(décision de travaux) sous contraintes non linéaires
(incluant des coûts d’exploitation, des coûts
d’investissements annuels et des contraintes de qualité et
continuité de fourniture).
Exemple de structure de réseau optimisée
pour des ressources décentralisées.
DRT-/ CEA-Grenoble
Page 45
Noms et coordonnées des responsables -Patricia de Rango-Institut Néel
Ce projet se focalise sur 2 points importants : le stockage de l’hydrogène dans les hydrures, qui est porteur d’activités de maturation susceptibles de déboucher à court terme (3ans), et la caractérisation des propriétés (mécaniques, thermiques, vieillissement, …) des composants de piles à combustible de type SOFC à l’aide d’un banc d’étude dédié.
Description :
Stockage solide réversible de l’hydrogène sous forme d’hydrure métallique avec régénération de l’énergie thermique (chaleur de réaction au chargement / déchargement du réservoir).
Développement d’un réservoir spécialement conçu pour pouvoir stocker la chaleur libérée lors de la réaction exothermique d’absorption de l’hydrogène et réaliser la désorption endothermique à partir de cette chaleur qui aura été stockée dans un système auxiliaire (matériau à changement de phase ou stockage par voie chimique
Objectifs visés :
Ce projet fédère des compétences complémentaires, permettant de réaliser un système de conversion de l’énergie depuis les matériaux, le réservoir et le stockage temporaire de la chaleur
Notre consortium de laboratoires (Néel, CRETA, LEGI) veut d é v e l o p p e r u n réservoir utilisant l ’ h y d r u r e d e
magnésium comme matière de stockage réversible efficace (7,6 % mass.). Le magnésium est un élément léger abondant, bon marché, recyclable, non polluant. C’est donc un élément unique pour le stockage réversible de l’hydrogène à basse pression (< 10 bar). Néanmoins les réactions d’absorption et de désorption nécessitent de travailler autour de 300°C.
L’objectif est de développer un système régénérateur adapté à la forte exothermicité (endothermicité) de l’absorption (désorption) de l’hydrogène. Le stockage temporaire de la chaleur produite lors du chargement sera ainsi utilisé de façon optimale lors de la demande d’hydrogène (désorption).
Résultats obtenus en 2007 :
Développement de matériaux composites à conductivité thermique améliorée (1 demande de brevet déposée en décembre 2007). Ces matériaux composites, à base d’hydrure de magnésium, ont été testés dans un réservoir de petite dimension. Ils permettent une meilleure gestion des échanges thermiques au sein du réservoir d’hydrure, et par voie de conséquence une réduction importante du temps de chargement.
Analyse globale du système « réservoir + unité de stockage de la chaleur », détermination des plages de température et
de pression adaptées, analyse des propriétés des fluides diphasiques susceptibles d’être utilisés pour le stockage de la chaleur.
Noms et coordonnées des responsables : César STEIL et Laurent DESSEMOND- LEPMI
Description :
Sur la base de prévisions théoriques pour l’optimisation des électrodes de piles à combustible à oxyde électrolyte solide (SOFC) et des compétences des laboratoires partenaires, le projet propose d’élaborer des matériaux d’électrode pour SOFC de morphologies contrôlées permettant de diminuer les pertes énergétiques associées. Une autre partie du projet est consacrée à la mise en œuvre d’aciers inoxydables comme matériaux d’interconnexion de moindre coût en contrôlant leurs propriétés de surface.
Objectifs visés :
Le premier objectif est de progresser sur la compréhension des cinétiques des réactions d’électrodes à gaz dans les SOFC. Le second objectif concerne l’optimisation d’interconnecteurs métalliques utilisables dans des générateurs électrochimiques à base de matériaux céramiques. L’objectif final est de valider les approches théoriques développées au LEPMI. A terme, les résultats de cette étude pourront servir de référence pour l’élaboration d’électrodes et de matériaux d’interconnexion pour SOFC
démontrant les qualités requises pour un passage à l’échelle.
Principaux résultats 2007 :
Mise au point du protocole d’élaboration et de mise en forme de cathodes du type La1-x Srx Mn O3 ou de cathode composite manganites de lanthane/zircone yttriée par l’atomisation électrostatique (ESD). La caractérisation électrochimique des demi-cellules obtenues est en cours.
Dans le cadre des SOFC alimentées directement en hydrocarbures et fonctionnant en Reformage Interne Progressif, une architecture anodique multicouche associant matériaux d’anodes et catalyseurs a été mise au point. Une étude approfondie de modélisation a permis de déterminer les caractéristiques optimales du système pour éviter la formation de carbone empoisonnant l’activité électrocatalytique de l’anode par blocage des sites actifs des particules de nickel. L’optimisation des performances catalytiques et électrochimiques des matériaux, associée à un système original de collecte du courant nous a permis de mettre au point une cellule élémentaire ayant fonctionné plusieurs dizaines d’heures sous méthane sans dépôt de carbone
Composants de la filière hydrogène : Hydrures pour stockage de l’hydrogène
Simulation du taux d’hydruration d’un réservoir contenant 120g de poudres nanostructurées
Composants de la filière hydrogène : Architecture d’électrodes pour PAC de type SOFC
DRT-/ CEA-Grenoble
Page 46
Matériaux avancés pour l’énergie : Réfrigération magnétique
caractérisation et la modélisation thermiques appliquées à
la réfrigération magnétique. Cependant, d’importants
travaux sur cette thématique ont été déjà réalisés en 2007
et les résultats obtenus seront bien sûr exploités dans le
cadre de ce projet. En 2007, nous pouvons citer les
avancées significatives obtenues sur les trois points
suivants:
1 Elaboration de nouveaux matériaux
Elaboration de diverses familles de matériaux c’est-à-dire
des composés ne comprenant que des éléments
magnétiques de la série de transition comme les
phosphures et arséniures de type MnAs ou MnFe(As1-x)Px
ou encore des siliciures (germaniures) comme MnCoSi
(Ge), ou comprenant également des métaux de terre rare
comme les séries RCo2 et leurs dérivés ou encore les
composés de type LaFe13-xSixXy. Les performances des
différentes séries ont bien sur été comparées pour
maintenant aboutir à des opérations de mise en forme des
meilleures séries sélectionnées à la fois pour leurs
performances intrinsèques, leur processabilité, et pour le
respect environnemental.
2 Caractérisation des matériaux à EMC géant
Durant 2007, les matériaux cités ci-dessus ont fait l’objet
de très nombreuses caractérisations en laboratoire
(structure) et aux grands instruments (ILL – 2
propositions réalisées), et bien sûr à la mesure
systématique des performances MCE, avec retour éventuel
sur les formules pour optimiser le signal MCE et l’étendue
thermique de bon fonctionnement. Pour déterminer la
MCE, nous avons utilisé jusque maintenant une technique
«classique» de mesures d’aimantation isotherme. Un
appareil nettement plus spécifique a été mis en chantier ces
derniers mois pour réaliser la mesure selon la voie
alternative thermodynamique, soit encore la mesure
calorimétrique directe. Un effort d’approche théorique par
le calcul de la densité d’état électronique a été mené le plus
systématiquement possible.
3 Dispositif de réfrigération magnétique
Dans le cadre d'un autre projet, un premier prototype de
réfrigération magnétique a été conçu et dimensionné et sa
réalisation pratique s'est achevée en janvier 2008 en
résolvant un certain nombre de problèmes scientifiques et
techniques. C'est un dispositif à aimant rotatif mettant en
œuvre du gadolinium comme matériau à EMC géant. Les
premiers essais sont en cours. L'analyse critique de ce
premier dispositif permettra de dimensionner le nouveau
dispositif envisagé dans ce projet, qui se focalise sur 2
points importants : le stockage de l’hydrogène dans les
hydrures, qui est porteur d’activités de maturation
susceptibles de déboucher à court terme (3ans), et la
caractérisation des propriétés (mécaniques, thermiques,
vieillissement, …) des composants de piles à combustible
de type SOFC à l’aide d’un banc d’étude dédié.
Noms et coordonnées des responsables : Afef Lebouc-
G2Elab
Cette action de maturation doit permettre de soutenir 4
projets promis à un développement industriel proche : de
sources laser UV à base d’AlN portables pour des
applications de dépollution de l'eau, de systèmes de
réfrigération magnétique
performants, de couches minces
de Si l ic ium de qualité
photovoltaïque
Description :
le projet vise à mettre au point
des matériaux et systèmes de
réfrigération magnétique autour
de la température ambiante
Objectifs visés :
La réfrigération magnétique
permet d’envisager des
systèmes compacts, propres et à haut rendement
énergétique en s’appuyant sur l’effet magnétocalorique
(EMC) géant : augmentation ou diminution de la
température du matériau lors de son aimantation ou sa
désaimantation adiabatiques. On peut réaliser ainsi
magnétiquement l’équivalent d’un cycle thermodynamique
classique. C'est une thématique de recherche émergente
qui intéresse plusieurs équipes internationales et dans
laquelle des laboratoires de l’Institut Carnot (G2Ela, Institu
Neel, CRETA) se sont investis depuis environ cinq ans. Le
projet vise à développer des nouveaux matériaux à effet
magnétocalorique géant autour de la température
ambiante et les mettre en œuvre dans un système de
réfrigération magnétique. Plusieurs applications sont
visées : climatisation de véhicule ou de bâtiment de petite
ou de forte puissance, réfrigération de distributeur de
boisson, etc.
Le projet fédère des compétences multiples donnant la
maîtrise de la chaîne, du matériau à l'application. Il vise à:
� synthétiser, optimiser et mettre en oeuvre des
matériaux à fort pouvoir magnétocalorique qui soient
efficaces, économiques, écologiques et de mise en action
pratique à moyen terme dans des systèmes frigorifiques
pilotes.
� concevoir et réaliser un système de réfrigération
magnétique intégrant ces matériaux en optimisant les
sources de champ, la forme et la composition du bloc
magnétocalorique actif ainsi que les échanges
thermiques.
Une application de type système de réfrigération grand
public sera étudiée.
Principaux résultats en 2007 :
Le projet a démarré réellement en octobre 2007 suite au
recrutement en thèse de Ulrich Legait dont les travaux
constituent une contribution au projet et concernent la
Prototype de nouveau dispositif
de réfrigération magnétique à
base de matériau à effet
magnétocalorique géant
DRT-/ CEA-Grenoble
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Matériaux avancés pour l’énergie : AlN pour
laser UV
Noms et coordonnées des responsables-Francis Baillet/
Didier Chaussende-SIMAP/LMGP
Description :
Procédé de croissance continu de substrats d'AlN
monocristallins pour sources d'énergie portables
Objectifs :
Matériaux de construction du procédé haute
température (> 2000°C)
Montage d'un lit fluidisé à pression réduite
Sublimation du lit fluidisé (filament de tungstène)
Transport du gaz sans pollution du cristal en cours de
croissance
Principaux résultats 2007 :
La méthode classique d’obtention de monocristaux
d’AlN est la sublimation. Cette technique ne permet pas
de croissance continue de lingots. Une première rupture
technologique a été faite en 2006 par l’utilisation du
procédé CVD à haute température (1600-1800 °C). La
société ACERDE a été incubée sur cette technologie
avec pour objectif la fabrication de sources UV
portables.
Cette méthode, même si elle est continue, nécessite des
précurseurs chlorés. Un lit fluidisé à haute température
comme source de précurseurs devrait permettre
d’effectuer une deuxième rupture technologique. Les
principaux résultats obtenus en 2007 concernent
l’étude et la conception de cette nouvelle source :
♦ matériaux de construction : étude thermodynamique
de stabilité
♦ conception mécanique du lit fluidisé
♦ étude théorique de la faisabilité à basse pression et
haute température
♦ conception d’un réacteur dédié
Biomasse : Bio-raffinerie dans une usine de
production de fibres cellulosiques Noms et coordonnées des responsables :Christine Chirat-
LGP2
Description :
Le projet vise à mettre au point un procédé d’extraction des
hémicelluloses du bois pour la production simultanée de pâte
à papier et de bioéthanol, et ce sans nuire à l’équilibre
énergétique d’une usine de pâte à papier. La production
simultanée de pâte à papier et d’éthanol représentera une
solution particulièrement élégante pour améliorer la
rentabilité des usines de pâte cellulosiques et fournir du
bioéthanol à partir d’une matière première non alimentaire.
Objectifs visés :
Dans les usines de pâte papetière, 40% du bois entrant dans
l’usine est récupéré sous forme de fibres. Les 60% restant,
contenant principalement de la lignine et des hémicelluloses
dégradées, sont brûlés dans la chaudière de régénération des
réactifs de cuisson, fournissant ainsi l’énergie dont l’usine a
besoin. Cette énergie récupérée étant excédentaire, on peut,
sans rompre l’équilibre énergétique de l’usine et sans affecter
la qualité des fibres envisager de mieux valoriser la biomasse
en extrayant avant cuisson les hémicelluloses pour produire de
l’éthanol, mais également des tensio-actifs non ioniques. En
France 500 000 à 700 000 tonnes d’hémicelluloses sont ainsi
potentiellement récupérables chaque année.
Il s’agit donc de mettre au point un procédé d’extraction des
hémicelluloses, non dégradant pour la cellulose, et d’étudier la
faisabilité de transformation des sucres extraits en éthanol.
Une partie de l’étude permettra de compléter un modèle de
simulation d’une cuisson kraft de bois qui ne porte aujourd’hui
que sur la partie produit mais n’inclut pas les aspects
énergétiques.
Principaux résultats 2007 :
Revue bibliographique des procédés existants de production
de bioéthanol à partir de biomasse lignocellulosique.
Essais d’extraction d’hémicelluloses de copeaux de bois
d’eucalyptus par hydrolyse acide et hydrolyse enzymatique.
Des taux d’extraction de 50% peuvent être obtenus dans des
conditions relativement douces.
Influence de l’extraction partielle des hémicelluloses (jusqu’à
50%) sur la qualité des fibres récupérées après délignification
des fibres extraites : Des baisses de résistance mécanique de
10% sont observées pour les taux d’extraction les plus élevés.
Ceci ne devrait pas avoir de conséquence sur la solidité des
papiers utilisant ces fibres. Par contre l’affinité pour l’eau de
ces fibres est réduite ce qui représente un avantage
potentiellement important lors de la fabrication du papier.
Les analyses des hydrolysats sont en cours dans le but de
mesurer les teneurs en sucres fermentescibles.
DRT-/ CEA-Grenoble
Page 48
A- Implication de la DRT dans le programme transversal Technologies Nanosciences
En développement rapide au niveau
mondial, les nanosciences et les na-
notechnologies apparaissent comme
stratégiques car sources d'innovation
dans plusieurs domaines: technolo-
gies pour l'information et la commu-
nication, pour l’énergie, pour la sécu-
rité ou pour la santé. Les convergen-
ces technologiques Nano-Bio-Info-
Cogno (NBIC), qui joueront très pro-
bablement un rôle majeur d'ici 10 à
20 ans, seront largement basées sur
des avancées en nanosciences.
Compte tenu de ce qui précède et du
positionnement du CEA sur les tech-
nologies de l'information, de la santé
et de l'énergie, l'enjeu du programme
transversal Nanosciences est d'opti-
miser la réponse dynamique de l'or-
ganisme dans ces domaines en ren-
forçant le lien recherche scientifique
–recherche technologique.
Ce programme de recherche fonda-
mentale prépare des futurs développe-
ments technologiques dans les domai-
nes d'activité du CEA. Les nanoscien-
ces considèrent les phénomènes se
produisant à l'échelle du nanomètre et
leur utilisation. A cette échelle, les lois
physiques du monde macroscopique
cessent de s'appliquer et les phénomè-
nes quantiques jouent un rôle prépon-
dérant.
Les nanosciences et les nanotechnolo-
gies sont fortement reliées, les nano-
technologies utilisant les avancées des
nanosciences mais permettant aussi,
par un contrôle amélioré des outils de
manipulation et de mesure, des avan-
cées dans les nanosciences.
Les enjeux des nanosciences sont à la
fois :
♦ scientifiques (voir, observer, com-
prendre, fabriquer de nouveaux na-
no-objets et mettre en œuvre la
compréhension des phénomènes et/
ou les nano-objets au sein de systè-
mes pour de nouvelles applications),
♦ économiques (à la fois par leur lien
intime avec les nanotechnologies et
par leur rôle dans l'économie de la
connaissance),
♦ sociétaux (enjeux vis-à-vis des ris-
ques et de l'acceptation par la socié-
té, du développement durable, de la
santé et de l'économie).
IV- Liens avec les programmes transverses CEA Les cinq programmes «technologies nanosciences», «technologies pour la santé», «matériaux à visibilité
internationale», «nouvelles technologies pour l’énergie», et «sécurité et non prolifération» respectivement pilotés par
DSM, DSV, DEN, DRT et DAM sont transverses à l’ensemble des directions du CEA; les objectifs de ces programmes sont
de capitaliser l’ensemble des compétences du CEA sur un sujet donné afin de valider des concepts en rupture et d’accélérer
la valorisation.
Les objectifs du programme transversal
Nanosciences, qui est une Action de
coordination et d’animation, sont :
♦ Consolider une réflexion stratégique
sur les nanosciences en amont des
micro-nanotechnologies
♦ Mettre en cohérence les actions de
recherche menées avec cette stratégie
♦ Donner plus de visibilité et lisibilité
aux actions du CEA dans le domaine
des nanosciences
♦ Afficher la présence et la stratégie du
CEA, acteur de premier plan sur la
scène européenne en bonne intelli-
gence avec le CNRS partenaire naturel
♦ Mettre en place des schémas de valo-
risation nouveaux (accès aux Indus-
triels-marché de la recherche amont,
prise en compte du dispositif Carnot)
♦ Mener une réflexion sur l’acceptabilité
sociétale de la nanoscience
Au sein d’un ensemble d’activités en na-
nosciences et nanotechnologies regrou-
pant environ 1900 chercheurs, le pro-
gramme transversal Nanosciences du
CEA piloté par la DSM vise à coordonner
l'activité d'environ 750 chercheurs
concernant les aspects amont, principa-
lement à DSM et DRT.
DRT-/ CEA-Grenoble
Page 49
Le programme est dirigé par un direc-
teur qui s'appuie sur un comité de pilo-
tage comprenant un représentant de
chacune des directions opérationnel-
les, un représentant du Haut-
commissaire et un représentant de
DPG. La DRT est représentée par JF.
CLERC.
La DRT participe aux groupes de ré-
flexion scientifiques mis en place par le
programme transverse (Nanofluidique,
Matérialisation de l’information, Nano
thermique, Nano simulation). On peut
noter que certains de ces groupes de
réflexions ont trouvé un prolongement
dans des groupes de travail spécifiques
à la DRT tournés vers les applications
technologiques.
♦ Post-Doc de Mme W. Ling: caracté-
risation de nano-objets d’intérêt
biologique; collaboration DSV et
équipe Nano caractérisation (DPTS/
SCPIO)
♦ Projet MOSSET (DSM/DRT): détec-
teurs de charge ultimes à base de
MOS-SET; collaboration X. Jehl, M.
Sanquer (DSM/INAC/SPSMS/
LaTEQS) et M. Vinet, S. Deleoni-
bus, J. Gautier (DRT/D2NT/LNDE)
♦ Projet Barbara-Gambarelli: obser-
vation de la cohérence quantique
des terres rares des cristaux massifs
aux ions implantés dans le Silicium;
collaboration S. Gambarelli (DSM/
INAC/SCIB), B. Barbara (Louis
Néel), M. Sanquer/X. Jehl (DSM/
INAC), O. Redon/S. Nicoletti/J.
Gautier (DRT/LETI)
♦ Projet Nanocode: réduction de la
taille et optimisation de la passiva-
tion des quantum dots de Silicium,
avec application aux nanotraceurs
pour la traçabilité et la lutte contre
la contrefaçon; collaboration DSM
et DRT/LITEN/LTT
♦ Projet Particules bimétalliques:
«structure et chimie des nanoparti-
cules bimétalliques étudiées par
microscopie électronique» P. Bayle-
Guillemaud (DSM/DRFMC), L.
Guetaz (DRT/LITEN)
B- Implication de la DRT dans le programme transversal Technologies pour la Santé
Ce programme assure essentiellement
trois fonctions:
♦Animation (groupes de travail, ré-
unions thématiques, réunion avec des
industriels)
♦Aide à la conception et à la matura-
tion de projets transversaux condui-
sant à des applications in-
dustrielles pertinentes et
ambitieuses
♦Aide à la création d'entre-
prise (intervention pendant
la période de pré-
incubation).
La DRT contribue actuelle-
ment aux groupes de travail
suivants :
♦Fonction d’entrée en TEP,
Nouveaux ligands pour l’i-
magerie
♦Interface Cerveau Electrode, Dia-
gnostic in vitro, Traitement du signal
et des données en Imagerie,
♦Traitement du signal et des données
et spectrométrie de masse.
♦CIME (H. Benech, DSV avec une
participation du LIST): Méthode de
détermination du phénotype indivi-
duel pour le métabolisme des médi-
caments.
♦ CAPSI (P. Grangeat, DRT/LETI) :
développement d’outils pour tests
multiparamétriques in vitro
♦ FAST (C. Peponnet DRT/LETI) :
mise au point d’un micro dispositif
de préparation d’échantillons san-
guins
♦ TIMOMA2 (I. Texier, DRT/LETI) :
plateforme nano particulaire pour
l’imagerie moléculaire multimodale
Enfin quatre projets de création d’en-
treprises basées sur des technologies de
la DRT sont suivis et soutenus par le
programme technologie santé : Fluop-
tics (LETI/DTBS), Bequerel service
(LIST/Detecs), Human diag (LIST/
Detecs), Domizi (LIST/Detecs).
Le CEA est un organisme de recherche
pluridisciplinaire qui a toujours eu voca-
tion à développer des recherches tech-
nologiques qui viennent en appui de ses
recherches fondamentales ou en consti-
tuent des extensions. Impliqué -depuis
de nombreuses années- dans différents
domaines de la biologie et de la méde-
cine, il a décidé de faire
des "Technologies pour
la santé" un de ses axes
prioritaires. Depuis octo-
bre 2006, l'animation de
cette thématique fait l’ob-
jet d'un programme
transversal qui a pour
objectif de favoriser la
mise en place de projets
de valorisation indus-
trielle dans le domaine
des "Technologies pour la
santé".
Le programme Technologies pour la
santé a mis en place un comité de pilo-
tage regroupant des représentants des
différentes directions opérationnelles du
CEA ; La DRT est représentée par Jean
CHABBAL (LETI/DTBS), Alain PLU-
QUET (LETI/Detecs) et JM. GROGNET
(DPSE)
Les technologies pour la
santé sont et seront de
plus en plus présentes
dans le milieu médical
et hospitalier. Elles
répondent à une attente
forte du public et des
professionnels de santé
pour des soins de
qua l i t é max imum
associés à un risque
minimum.
Le programme transverse a aidé au financement de plusieurs actions de recherche
menées à la DRT en collaboration étroite avec des équipes de recherche amont
(DSM mais aussi CRNS)
La DRT participe à quatre projets de
recherche transversaux. Elle assure le
pilotage de trois d’entre eux.
DRT-/ CEA-Grenoble
Page 50
Le programme transversal Ma-
tériaux à visibilité internatio-
nale a 4 objectifs majeurs pour
le CEA :
♦faire de la veille
technologique
♦lancer et superviser
des grands projets
s t r u c t u r a n t s
(internes et avec
des partenaires externes)
♦mettre en place des plates-
formes technologiques et des
laboratoires communs pour
augmenter la capacité techno-
logique
♦développer des outils de com-
munication pour rendre visi-
ble l’activité matériaux (site
internet, rapport d’activité…)
Un projet doit répondre aux
critères suivants pour être
soutenu et faire partie du
programme transversal:
♦Cohérence avec les
programmes du CEA
♦Caractère transversal
(impliquer plusieurs
directions du CEA)
♦Caractère généri-
que des outils et
technologies développés
♦Caractère stratégique des
alliances (recherche et in-
dustrie)
♦Importance de l’effet de
levier
♦Financements drainés par
le projet
C- Implication de la DRT dans le programme
transversal Matériaux à Visibilité Mondiale
La Direction de Programme NTE est
chargée de la définition et de la ges-
tion du programme Nouvelles Tech-
nologies de l'Energie ainsi que du
pilotage stratégique des projets qui
en résultent.
Le périmètre de sa mission est défini
dans la segmentation du contrat
Etat-CEA, à savoir les activités por-
tant sur :
♦ l’hydrogène et pile à combustible
♦ la biomasse
♦ le photovoltaïque, le stockage et la
rationalisation énergétique,
♦ les matériaux
Matériaux avancés
♦Projet AII : GENESIS au-
tour de la valorisation de NTC
avec Arkema
♦Matériaux pour batteries,
nanofluides, polymères ren-
forcés NTC, métrologie/
cycle de vie
♦Post-doc : mécanismes de
déformation de céramiques
nanostructurées. En complé-
ment d’une bourse du Minis-
tère
♦ Financement complémen-
taire au projet ARCOCE
(FCE avec Snecma sur le
développement de brasage
basse température sur des
structures nids d’abeille)
D- Implication de la DRT dans le programme transversal Nouvelles Technologies de
l’Energie
♦Mettre en œuvre ou participer aux
outils d'évaluation de la Direction
Générale ou des pôles (Visiting Com-
mittee, Comités d'évaluation).
♦Etablir et transmettre également à la
DG le tableau de bord mensuel
(jalons, budget et faits marquants).
Elle évalue pour cela les actions des
unités opérationnelles au travers de
reportings réguliers permettant
d'analyser le déroulement du pro-
gramme. Elle positionne enfin les
laboratoires du CEA par rapport aux
autres acteurs de la recherche. Repré-
senter le CEA, et sur délégation la
France, auprès des autorités institu-
tionnelles et agences, au niveau local
(en lien avec les centres), national,
européen et international.
La Direction de Programme NTE est chargée des missions suivantes dans son
domaine:
Le programme s’appuie sur un comité de pilotage le CO-
MAT (Comité Matériaux) qui rassemble au moins un re-
présentant de chaque direction opérationnelle du CEA. La
DRT est représentée par Hélène BURLET. Depuis sa créa-
tion en 2006, le programme a soutenu plusieurs projets
au sein de la DRT
Matériaux pour le
nucléaire du futur
♦Alliages de Ni pour
échangeurs de réacteurs
à gaz, composites SiCf/
SiC pour combustible
GFR et ODS pour
gaines SFR - Cadre
cession DEN->DRT
♦Assemblages avancés
pour ITER
♦Projets européens :
Nanosafe 2, Saphir –
moyens de détection de
nano particules
♦Montage du projet
" m a t é r i a u x p o u r
milieux extrêmes "
TAMARIS
♦Etablir la vision prospective, dans le
domaine élargi, décrivant les marchés
court, moyen et long terme, les orien-
tations politiques et institutionnelles,
les acteurs industriels et de la recher-
che, au travers de sa propre veille et
des relais dans les unités du CEA
♦Elaborer et proposer à la Direction
Générale la stratégie scientifique,
technologique et industrielle, notam-
ment en favorisant les couplages entre
Recherche Amont et Technologique
♦Animer, coordonner et optimiser les
moyens et compétences sur l'ensemble
des pôles du CEA par le pilotage bud-
gétaire, scientifique et technologique.
Elle établit en particulier une cartogra-
phie des compétences nécessaires au
programme. Elle peut être amenée à
piloter opérationnellement les projets
majeurs (A2I, grands projets indus-
triels)
Pile à combustible Genepac développée en partenariat avec Peugeot PSA pour une pro-
chaine utilisation dans l'automobile
NANOPARTICULES
DRT-/ CEA-Grenoble
Page 51
La Direction d’objectifs transversaux
Sécurité et Non Prolifération (DSNP) a
pour objectif de coordonner les diffé-
rents projets traitant de la Sécurité Glo-
bale et de fédérer une offre technologi-
que cohérente en réponse aux besoins
exprimés tant par les Pouvoirs Publics
que par les Industriels.
Les programmes ayant trait à la Sécuri-
té Globale peuvent être classés en qua-
tre grandes familles:
♦ Lutte contre le terrorisme NRBC/E :
outils de détection et d’identification
d’agents de menaces,
♦ Systèmes d’informations: détection
et authentification des personnes,
systèmes d’information, analyses de
bases de données,
♦ Gestion de crise: simulation de
transport atmosphérique, réalité
virtuelle,
♦ Sécurité des infrastructures et des
transports: surveillance, suivi et cri-
blage, contre-mesures.
♦ Le pilotage direct des programmes:
dans ce cas, la Direction Sécurité et
Non Prolifération est en charge et a
la responsabilité de rendre compte
directement au «client» extérieur,
quels que soient les pôles où sont
réalisés les projets. Les programmes
rentrant dans cette catégorie sont le
programme interministériel de R&D
NRBC, ceux de la Convention CEA-
SGDN, les projets OTAN en détec-
tion d’explosifs, …
♦ Le pilotage et la coordination des
appels d’offre institutionnels tant au
niveau national (PEA de la DGA,
programme ANR sécurité) qu’euro-
péen (FP7, Agence Européenne de
Défense): c’est alors la Direction
Sécurité et Non Prolifération qui
assure la consolidation technique de
l’offre et assure la négociation de
celle-ci, la responsabilité de l’exé-
cution étant confiée à l’un des pô-
les du CEA.
♦ La coordination stratégique de
projets initiés par les Pôles du CEA
en synergie avec d’autres program-
mes. Elle se traduit par l’échange
d’informations entre Pôles, préala-
ble à l’engagement de l’action, afin
d’assurer une cohérence et un posi-
tionnement unique du CEA, vis-à-
vis des institutionnels et des indus-
triels.
La direction du programme trans-
verse Sécurité Globale s’appuie sur un
comité de pilotage qui se réunit tri-
mestriellement. Les représentants
DRT sont Riadh CAMMOUN
(Directeur du LIST) et Laurent MA-
LIER (Directeur du LETI).
E- Implication de la DRT dans le programme transversal Sécurité Globale
Trois modes de pilotage ou de coordination résultent des principes de gou-
vernance internes retenus par la DSNP:
Au sein de la DRT, la Direction de Programme Transverse pilote certaines actions prospectives sur fonds propres
♦ AME Gen3 : ce nouveau projet in-
terne a pour objectif de coordonner
une série d’actions de recherche
amont, incluant des travaux explo-
ratoires pour certaines options tech-
niques particulièrement risquées. Il
vise la réalisation, en trois ans,
d’une nouvelle génération d’AME
visant le cahier des charges de l’ap-
plication automobile autour de l’i-
dée générale d’un assemblage multi-
fonctionnel nanostructuré assurant
les fonctions électrochimiques
(électrolyte, réaction catalytique à
l’anode et à la cathode, conduction
d e s é l e c t r o n s ) , f l u i d i q u e s
(distribution des réactifs, évacua-
tion et gestion de l’eau) et, si possi-
ble, thermiques (refroidissement
intégré).
♦Stockage solide H2 : en l'absence
d'engagement industriel dans le
domaine, la Direction de Pro-
gramme amorce un programme
interne sur les systèmes de stockage
d'hydrogène par voie hydrures en
axant les efforts sur une approche
originale jouant sur les synergies
thermiques entre réservoir et pile.
DRT-/ CEA-Grenoble
Page 52
AED/OTAN:
♦ LIST: Projet DAMAS sur la détection
d’explosifs (OTAN)
♦ LETI: Positionnement dans la détec-
tion B (AED Force Protection)
SYSTEM@TIC:
♦ LIST: projets SIC, MOBISIC, DES-
CARTES, MA NRBC, LOCINDOOR
et PFC (SuReL sur le commissariat
du futur en préparation)
ANR Sécurité (CSOSG, SESUR):
♦ LIST et LETI : 5 à 6 projets labellisés
par an en 2006 et 2007
Europe:
♦ FP6/IST: Projet EURITRACK
(détection d’explosifs) au LIST qui se
poursuit avec ERITRACK (DG JLS))
♦ FP7/PERS 2007: 8 projets labellisés
pour le LETI (SECRICOM sur les
communications sécurisées) et le
LIST (UNCOSS sur la détection de
mines dans l’eau, SECUREAU sur la
surveillance des circuits d’eau).
♦ FP7 IC : 2 projets labellisés au LIST
(EURACOM et avec DITTSEF avec le
LETI)
Programme interministériel de R&D
NRBC :
♦ LETI: Développement de micro tech-
nologies d’identification d’agents B
(DEFI, SMART DROP) et nouvelle
g é n é r a t i o n d ’ i m a g e u r T H z
(THEDEX)
♦ LIST: Technologies de détection N/
R (DEMIP) Chimique, Video trac-
king, interrogation neutronique ac-
tive (INSPEC)
♦ LITEN: Détection chimique par na-
notubes de carbone
Défense NRBC:
♦ LETI: PEA PERSEIDES (étude sys-
tème en cours et Identification B&C
en préparation)
Défense:
♦ LETI: Sécurité des composants et des
cartes à puce
♦ LETI: Détection, imagerie IR (en lien
avec les activités de Défense)
♦ Divers LETI: technologies d’ima-
gerie X (BASTIE) et THz
(IMATERA et MUSIS).
CARNOT et FRAUNHOFFER
♦ LIST: premiers projets déposés
labellisés (SIMSECURE sur la
simulation d’un couloir biométri-
que).
International:
♦ Les relations engagées avec le
DHS début 2008 ont conduit Le
LIST à soumettre une proposition
d’évaluation des performances
d’EURITRACK et à répondre avec
la DAM et la DEN un appel à pro-
jet dans la détection par interroga-
tion neutronique de matières nu-
cléaires en lien avec SODERN,
EADS N.A. et CANBERRA.
Budget incitatif DSNP:
♦ LETI: projet Accord sur la détec-
tion d’explosifs par X rétrodiffusés
♦ BEM: étude de marché sur cibles
technologiques à fort potentiel
(détection d’explosifs,…).
L’implication de la DRT dans le programme transverse Sécurité Globale se situe dans les principaux axes suivants, partici-
pants au ressourcement de la DRT
Par ailleurs, les relations étroites de la DRT avec les partenaires industriels conduisent à préparer de futurs transferts de
technologies. C’est par exemple le cas avec THALES TED pour l’imagerie X et THz ou CANBERRA pour l’instrumentation
nucléaire. De plus des projets de laboratoire commun sont en cours de préparation; c’est en particulier le cas avec THALES
D3S (THERESIS) et le LIST dans le domaine de la vidéo surveillance.
Il est à noter qu’un nombre significatif de projets est mené dans un cadre transverse principalement avec DAM, DSV et
DEN, la DRT étant pilote ou partenaire selon le cas. Cette tendance est actuellement en forte augmentation du fait de la
mise en réseau des équipes et d’une offre scientifique et technique élargie.
DRT-/ CEA-Grenoble
Page 53
V. Groupes de travail DR/ES : Le ressourcement ne peut se fonder que sur une réflexion
scientifique dynamique. A cet effet la DRT a demandé à
ses Directeurs de recherche (20) et ses experts seniors
(44) de proposer la constitution de groupes de réflexion
scientifique. L’objectif donné à ces groupes est, après une
période de réflexion limitée dans le temps (une année ou
moins), de proposer des sujets innovants de recherche
parfois en rupture avec les activités actuelles. Ces sujets
doivent pouvoir être proposés pour des financements
auprès des RTRA ou de l’ANR.
Le modèle d’organisation est inspiré d’un groupe de
réflexion pilote « groupe Diamant » qui avait travaillé sur
la place du matériau diamant dans la micro électronique
du futur. Ce groupe avait été animé par Simon
DELEONIBUS (DR) et par Philippe BERGONZO (ES) en
2005-2006 et avait permis d’identifier des sujets très
novateurs qui ont été implémentés dans les programmes
de recherche du LETI courant 2007. Il s’agit dans un
premier temps, par la confrontation des expériences de
ces membres et par une analyse de l’état de l’art de
proposer une série de pistes de recherches nouvelles.
Dans un second temps, la réflexion est ouverte à
quelques experts internationaux extérieurs de haut
niveau à qui il est proposé de se prononcer sur la
pertinence des axes identifiés. Cette deuxième partie
ouverte se fait bien entendu avec un souci fort de
préserver la confidentialité des réflexions scientifiques.
Enfin un rapport de synthèse est rédigé et fait l’objet d’un
avis du directoire de la DRT.
A l’issue de la réunion d’animation du réseau des
Directeurs de Recherche et des experts seniors qui s’est
tenue le 18 décembre 2006, il a été convenu que 7
groupes de réflexion seraient lancés en 2007 en
sollicitant la participation de chercheurs de la DRT
autres que des DR ou ES ainsi que des chercheurs
d’autres directions opérationnelles.
1 NANO SIMULATION : animateurs Thierry
DEUTSCH (DSM), Stéphane ROCHE (DSM),
Thierry POIROUX, Philippe BLAISE
2 NANO CATALYSEURS : animateurs Sophie
MAILLEY, Alejandro FRANCO et Audrey
MARTINENT
3 NANO FLUIDIQUE : animateurs Pierre PUGET
(DR) et Jean Antoine GRUSS
4 MICRO ET NANOTECHNOLOGIES
SILICIUM POUR LA FABRICATION DE
PAC A MEMBRANE PROTONIQUE :
animateurs Philippe BACLET (chef de
département) avec la participation de Laurent
ANTONI, Nicolas BARDI, Sylvie ESCRIBANO,
Sophie MAILLEY, Guillaume RAVEL, Jean
DIJON (DR), Jean-Yves LAURENT, Guy PARAT
et Henri SIBUET
5 ARCHITECTURES POUR LES MEMOIRES
DU FUTUR : animateurs Christian GAMRAT
(ES) et Hervé FANET
6 M E T H O D E S D E N A N O
CARACTERISATION POUR ETUDIER LE
VIVANT : animateurs Amal CHABLI (ES),
Jean-Marc GROGNET (DR), Patrick BOISSEAU
et Bruno FRANZETTI (DSV)
7 APPORT DES TECHNOLOGIES A LA
BIOLOGIE INTERGRATIVE : animateurs
Alain PLUQUET (chef de département) et Jean-
Marc GROGNET (DR)
Ces groupes ont tous débuté leur activité en 2007. Ils
sont aujourd’hui arrivés à des niveaux de maturation très
différents selon la complexité et/ou la nouveauté du sujet
traité. Les groupes "Nano simulation" et "micro
nanotechnologies silicium pour la fabrication de PAC"
sont arrivés au stade des propositions finales alors que
les groupes 5 6 et 7 sont encore à un stade très
exploratoire. Dans tous les cas, les groupes auront
achevés leurs activités au cours de l’année 2008.
DRT-/ CEA-Grenoble
Page 54
A. Les thèses à la DRT. S’agissant de formation doctorale, les thèses à la DRT sont
nécessairement réalisées en lien étroit avec le monde
académique. Cependant, elles présentent des
caractéristiques qui lui sont propres :
• Elles s’inscrivent le plus souvent dans un contexte
de recherche partenariale avec le monde économique
ou de ressourcement technologique (exemple : projets
de ressourcement Carnot).
• Elles associent un fort contenu scientifique et un fort
contenu technologique et sont majoritairement
réalisées par de jeunes ingénieurs.
• Elles présentent un excellent bilan d’insertion
professionnelle d’après thèse.
Au cours des trois années de formation doctorale dans les
laboratoires de la DRT, l’apprentissage des métiers de la
recherche se double d’une formation aux maniements
d’objets et de systèmes technologiques couplée à une
culture de protection de la propriété intellectuelle.
L’habileté technologique ainsi acquise est valorisable à
l’issue de la thèse et constitue un atout décisif vis-à-vis des
recruteurs du monde économique.
1. Données chiffrées.
Le tableau suivant indique les flux de doctorants à la DRT
entre 2000 et 2007 en fonction du financement du salaire
chargé des doctorants.
VI. Formation par la recherche
2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007
1 0 0 % CEA
Budget central CEA
7
6
19
12
24
13
54
20
35
20
33
20
52
21
72
21
Unités 1 7 11 18 15 13 27 35
RTB-Carnot 16 0 0 4 16
5 0 % CEA
+ Industriel
12
3
16
7
16
9
20
6
21
5
33
6
27
5
27
6
+ Région 3 1 1 4 4 5 3 5
+ Autre* 6 8 6 10 12 22 19 16
0% CEA
CIFRE
11
5
16
12
32
20
17
10
25
20
30
20
26
17
23
14
Ministère 3 3 9 3 1 3 0 2
Autre 3 1 3 4 4 7 9 3
Total flux thèses DRT
30 51 72 91 81 96 105 118
* : ADEME, CNRS, universités, autres…
Flux 2006
100%CEA49%
0%CEA25%
50%CEA26%
Flux 2007
50%CEA23%
0%CEA16%
100%CEA61%
Flux 2005
50%CEA34%
0%CEA31% 100%CEA
35%
L’analyse de l’origine du financement du salaire chargé des doctorants montre que :
• La DRT est partie d’une situation d’équilibre à parts égales entre ressources internes et externes (hors coûts de fonc-
tionnement et encadrement), pour s’orienter aujourd’hui vers une situation de financement majoritairement sur
ressources internes.
• Aujourd’hui la croissance s’appuie essentiellement sur des ressources internes aux instituts.
DRT-/ CEA-Grenoble
Page 55
L’évolution du nombre total de thèses nouvelles indique
une croissance assez régulière (pic en 2003 lié à RTB)
jusqu’à dépasser significativement le chiffre de 100
nouvelles thèses par an depuis 2006.
La DRT a un objectif de 160 nouvelles thèses par an en
2011. Cet objectif est nécessaire et raisonnable compte tenu
du potentiel des programmes de recherche technologique à
venir.
Pour atteindre l’objectif très ambitieux de 160 nouvelles
thèses en 2011, la DRT doit trouver des parades à trois
difficultés :
• Les hésitations de nombreux bons et très bons
jeunes diplômés,
• L’insuffisante visibilité et attractivité de notre offre
de formation, au niveau national et international,
• La méconnaissance des industriels, et parfois des
enseignants dans les écoles d’ingénieurs, des
atouts de la formation par la recherche
technologique qui est particulièrement adaptée à
la formation des innovateurs.
De plus, le recrutement à l’international et la valorisation
de nos cursus sont des nécessités croissantes, notamment
dans le cadre européen des diplômes et de la recherche.
Flux thèses DRT
020406080
100120140160180
2000
2001
2002
2003
2004
2005
2006
2007
2008
2009
2010
2011
B. Actions ciblées pour atteindre nos objectifs. Deux actions complémentaires ont été engagées pour atteindre nos objectifs :
1. Le programme « TechnoDoct »
Le programme TechnoDoct a pour objectif de mieux
« vendre » notre offre de formation doctorale aux
étudiants, à nos partenaires institutionnels et académiques
internes et externes, aux professionnels du monde
économique, et de promouvoir par la preuve, l’idée qu’une
thèse à la DRT représente un avantage concurrentiel
certain pour les jeunes diplômés. Il s’agit d’une action
menée par la DRT qui permettra de valoriser l’excellence
de notre formation doctorale et qui lui insufflera une
nouvelle vitalité par la création d’un label.
Ce programme s’appuiera largement sur le savoir faire de
l’INSTN en matière de formation et les ressources internes
à la DRT : Direction de la Valorisation, Laboratoire d’idées
(LETI/DCIS).
Les thèses TechnoDoct devraient accroitre l’attractivité vis-
à-vis de jeunes diplômés qui se destinent initialement à
l’industrie et offrent un facteur différentiant. Dès 2007, des
visites ont été réalisées dans dix grands centres
technologiques et universitaires mondiaux parmi lesquels
notamment :
Il associera au travail de recherche en laboratoire un
parcours de formation hors laboratoire qui garantira aux
doctorants l’acquisition de savoirs non scientifiques :
• Modules « classiques »: gestion de projet, propriété
intellectuelle, veille technologique, finalisation du
projet professionnel, simulation d’entretien
d’embauche.
• Modules spécifiques nouveaux : créativité et innovation
en entreprise, valorisation de la recherche et
innovation en entreprise, connaissance de l’entreprise,
création d’entreprise.
2. Une action à l’international (action commune DRT et DRI)
- de grandes universités américaines désireuses de coopérer avec Minatec (Albany, Caltech, NY University,
MIT, Cornell..),
- les universités des pays nouveaux entrants dans la communauté européenne,
- les universités associées aux initiatives « linklabs » dans les trois pays identifiés (Vietnam, Tunisie et Brésil).
DRT-/ CEA-Grenoble
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C. Les Post-docs à la DRT D’une manière similaire aux thèses, les sujets de stage
postdoctoral proposés à la DRT intéressent
particulièrement les jeunes docteurs attirés par la
technologie et la proximité avec le monde industriel, avec
un projet professionnel orienté vers les entreprises.
1. Données chiffrées
Les post-docs durent 24 mois le plus souvent. Il arrive
néanmoins que certains contrats ne durent que 12 ou 18
mois, suivant la nature de la recherche et le projet
personnel du post-doctorant.
En 2003, on note une progression importante du nombre
de post-docs, augmentation liée aux financements RTB du
LETI. Après un creux en 2006, lié à un moindre
recrutement et à une diminution de la longueur des
contrats, 2007 a vu ce nombre augmenter
significativement.
2002 2003 2004 2005 2006 2007
En cours au 31 décembre 24 67 61 60 45 68
Commencés dans l'année 40 38 48
24
6761 60
45
68
0
10
20
30
40
50
60
70
80
2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008
PLAQUES 200MM - APPLICATION SMARTCARD : Personnes en salle blanche. Découpe des circuits et amincissement à 50µ des pla-ques de 200mm de diamètre pour application SmartCard (Cartes à puce) La plaquette est amincie - ce qui explique qu'il est possible de la plier - et les puces séparées par sciage avant des opérations de mon-tage en boîtier. Les "jours" correspondent à des puces retirées.
DRT-/ CEA-Grenoble
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VII. Bilan « quantitatif » : les indicateurs Un bilan des publications et communications de la DRT pour la période 2002 – 2006 a été effectué en 2007 afin d’évaluer
la visibilité nationale et internationale de la production scientifique de la DRT.
A. PUBLICATIONS Les chiffres, obtenus à partir de l'interrogation des bases fin décembre 2006 sont présentés dans le tableau suivant :
Publications UP
0
50
100
150
200
250
2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007
Nbr
e pu
blic
atio
ns (S
CIE
)
LETI
LIST
LITEN
Publications DRT
0
50
100
150
200
250
300
350
400
2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007
Nbr
e pu
blic
atio
ns (S
CIE
)
PUBLICATIONS DRT
Départements LETI 2002 SCIE 2003 SCIE 2004 SCIE 2005 SCIE 2006 SCIE
D2NT 81 88
DCIS 5 17
DIHS 30 29
DOPT 28 31
DPTS 22 34
DTBS 13 15
LETI 152 151 149 179 214
Départements LIST 2002 SCIE 2003 SCIE 2004 SCIE 2005 SCIE 2006 SCIE
DETECS 23 53
DTSI 20 18
LIST 52 25 63 43 71
Départements LITEN 2002 SCIE 2003 SCIE 2004 SCIE 2005 SCIE 2006 SCIE
DTH 4 12
DTNM 12 17
DTS 7 26
LITEN (actualisation mars 07) 30 35 47 53 67
DRT AUTRES 1 11 8
TOTAL DRT 12/ 06 234 212 259 286 360
Rapport CNIST 02 / 06
SCIE interrogation STN 244 198 270 278
DRT-/ CEA-Grenoble
Page 58
Il convient de préciser, qu’en février 2006, la CNIST avait fait une évaluation des publications de la DRT (dernière ligne du
tableau ci-dessus)
D'une manière générale, l'analyse des bases de données internationales, ce qui représente notre visibilité externe, conduit à
conclure que le volume de notre production de publications observé est supérieur à celui que l'on identifie en interne. La
situation peut varier d’une Unité de Programme à une autre.
B. COMMUNICATIONS Pour les communications, nous ne disposons pas de bases de données internationales exhaustives couvrant
l’ensemble des activités de la DRT.L'analyse, à partir des données CEA a été limitée à l'année 2006.
Pour le LETI et le LIST, la base PUBLICEA semble correctement renseignée. Pour le LITEN, même remarque que pour les
publications : le LITEN n’a commencé que fin 2006, cependant il dispose d’une base très complète et à jour pour toute sa
production scientifique.
On constate que la communication (telle que définie précédemment) constitue le moyen de diffusion privilégié à la DRT
(535 communications à rapprocher des 360 publications).
Cette situation n'est pas étonnante dans des disciplines d'évolutions rapides qui privilégient les moyens de communication
rapides eux aussi.
Départements D2NT DCIS DIHS DOPT DPTS DTBS LETI DETECS DTSI LIST DTH DTNM DTS LITEN TOTAL
DRT
2006 PUBLICEA 66 76 34 54 29 58 317 34 66 100 5 16 2 23 440
Données Départ. 97 76 21 41 50 75 360 34 11 45 32 62 36 130 535
C. PROPOSITIONS D’ACTION 1. Actions proposés
Au regard des résultats présentés dans cette étude sur les
publications et les communications à la DRT, il a été
convenu d’établir une série d’actions afin :
- de suivre la production scientifique en temps réel de
façon plus précise (veiller à l’utilisation exhaustive de la
base PUBLICEA et à la tenue en interne des départements
des listes de publications et communications),
- d'établir des règles précises de syntaxe pour l'affiliation
des auteurs DRT afin de faciliter les indexations dans les
bases de données et rendre plus visible les affiliations
(CEA, LETI, LIST, LITEN, MINATEC, DIGITEO, INES,…),
- d'établir une politique de production scientifique visant
à augmenter le nombre de publications à la DRT dans des
revues à facteur d’impact plus élevés qu’il faudra cibler,
- de disposer en temps réel d'un inventaire des
productions scientifiques des doctorants (publications,
communications et brevets),
- d'établir une liste hiérarchisée des conférences par
domaines d’intérêt de la DRT. Une telle liste peut être
réalisée par enquête auprès de scientifiques du domaine,
aussi bien académiques qu’industriels. Cette action devra
être menée en lien étroit avec les Instituts CARNOT
relevant de nos domaines. Cette liste permettra d'identifier
les conférences de premier rang,
- d'établir une politique de communication dans des
conférences de premier plan issues de la liste précédente,
2. Indicateurs proposés
Il a été décidé d'établir au niveau des UP un tableau de
bord de la production scientifique, constitué d'un nombre
limité d'indicateurs :
• le nombre de publications dans des revues
internationales suivies dans les bases de données,
• les facteurs d'impact espéré à 2 ans de ces
publications,
• le nombre de présentations faites dans les
conférences de premier rang,
• le nombre de conférences invitées dans les
conférences de premier rang.
La liste des conférences de premier rang a été établie par
chaque Département. Ces listes ont été soumises pour
validation (et compléments éventuels) aux membres des
Conseils scientifiques correspondants.
Cette action permettra dès 2008 de rendre compte de la
production scientifique lors des réunions de chefs de
département deux fois par an.
DRT-/ CEA-Grenoble
Page 59
VIII. Evaluation par les Conseils Scientifiques A. Périmètres des Conseils En cohérence avec ses orientations de recherche, les activités de la DRT sont évaluées au travers de six Conseils
scientifiques, mis en place progressivement depuis 2001. Chaque Conseil scientifique examine plusieurs thématiques. Les
évaluations sont réparties tout au long du cycle d'évaluation de 4 ans. L'organisation des évaluations pour la période 2002-
2005 est présentée dans le tableau ci-dessous. Au cours du nouveau cycle d'évaluation 2006-2009, la DRT a souhaité faire
évoluer le périmètre de certaines thématiques afin d'adapter la structure à l'évolution des programmes. L'organisation de
l'évaluation pour le nouveau cycle est également présentée dans le tableau ci-dessous.
Conseils scienti-
fiques Thèmes cycle 2002-2005 Thèmes cycle 2006-2009
Microélectronique et
microtechnologies
- Détection infrarouge et visible
- Composants optiques pour les télécommunica-tions
- Puissance, packaging, intégration 3D
- Micro-électronique du futur
- Micro-systèmes (mécanique, optique, magnéti-que)
- Technologies matérielles pour le Multi-média
- Microélectronique du futur (D2NT et DPTS)
- Composants (DIHS)
- Capteurs d'images et applications photoni-ques (DOPT)
Technologies pour
l'information et les
télécommunications
- Transmissions et télécommunications
- Systèmes Embarqués : architectures, méthodes et outils logiciels, capteurs de perception intelligents
- Systèmes Interactifs : robotique, ingénierie de l’information, réalité virtuelle et interfaces senso-rielles
- Transmissions et télécommunications (DCIS)
- Systèmes Embarqués : architectures, métho-des et outils logiciels, capteurs de perception intelligents (DTSI)
- Systèmes Interactifs : robotique, ingénierie de l’information, réalité virtuelle et interfaces sensorielles (DTSI)
Instrumentation et
contrôle non
destructif
- Instrumentation des rayonnements ionisants
- Métrologie des rayonnements ionisants
- Contrôle non destructif et instrumentation à fi-bres optiques
- Instrumentation des rayonnements ionisants (DETECS)
- Métrologie des rayonnements ionisants et traceurs (DETECS)
- Contrôle non destructif et instrumentation à fibres optiques (DETECS)
Nouvelles
technologies
de l'énergie
- Piles à combustibles
- Hydrogène (production, stockage, distribution, sûreté).
- Efficacité énergétique
- Photovoltaïques et stockage de l'énergie
- Nanomatériaux et nanostructuration (DTNM)
- Piles à combustibles et filière Hydrogène (production, stockage, distribution, sûreté). (DTH)
- Photovoltaïques, stockage de l'énergie et Ef-ficacité énergétique (DTS)
Matériaux
- Nanomatériaux et matériaux émergents
- Matériaux et procédés de mise en œuvre pour applications énergétiques et industrielles
- Traceurs pour l'énergie, l'environnement et l'hy-drogène
Technologies pour
la biologie et la santé
- Microsystèmes biologiques
- Instrumentation pour la biologie : imagerie et systèmes de lecture.
- Microsystèmes biologiques (DTBS)
- Instrumentation pour la biologie : imagerie et systèmes de lecture. (DTBS)
DRT-/ CEA-Grenoble
Page 60
B. Calendriers des Conseils Les deux Conseils "Nouvelles Technologies de l’Energie" et "Matériaux" qui avaient été mis en place en 2001 dans le cadre
des Directions d’Objectifs "Nouvelles Technologies de l’Energie" et "Matériaux" avaient un caractère transverse : les
évaluations concernaient des équipes de la DRT ainsi que des équipes des autres pôles (DAM, DEN, DSM et DSV).
A la DRT, le périmètre de ces deux Conseils ne concernait pratiquement que le LITEN ; il a donc été décidé la création d’un
seul Conseil pour l’évaluation du LITEN. La composition de ce nouveau Conseil comprend des membres des deux anciens
Conseils ainsi que de nouveaux membres.
D O M A I N E SCIENTIFIQUE
PERIMETRE 02 03 04 05 2006 2007 2008 2009
Microélectronique
et
microtechnologies
Micro-électronique du futur x x 19-20 janv
x
Composants x 21
juin x
Capteurs d’images et applications photoniques x 17-18 avril
Technologies pour
l'information et les
t é l é c o m m u n i c a -tions
Transmissions et télécommunications x x
Systèmes Embarqués : architectures, méthodes et outils logiciels, capteurs de perception intelli-gents
x x
Systèmes Interactifs : robotique, ingénierie de l’information, réalité virtuelle et interfaces senso-rielles
x x
Instrumentation et
contrôle non
destructif
Instrumentation des rayonnements ionisants x x x
Métrologie des rayonnements ionisants et tra-ceurs
x x
Contrôle non destructif et instrumentation à fi-bres optiques
x 12
nov
Nouvelles
technologies
de l'énergie
Piles à combustibles x CS-VC x
Hydrogène (production, stockage, distribution, sûreté).
x CS-VC x
Photovoltaïques et stockage de l'énergie Efficaci-té énergétique
x CS-VC x
Matériaux
Nanomatériaux et matériaux émergents x x
Matériaux et procédés de mise en œuvre pour applications énergétiques et industrielles
x
Traceurs pour l’énergie, l’environnement et l’hy-draulique
x
Sources d’énergie portables x
Technologies pour
la biologie et la san-té
Microsystèmes biologiques CS
VC
CS
VC
27-28 juin
Instrumentation pour la biologie : imagerie et systèmes de lecture.
x x
DRT-/ CEA-Grenoble
Page 61
Le calendrier est le suivant :
C. Composition des Conseils Les membres permanents du conseil scientifique sont nommés pour une durée de quatre ans renouvelable.
Quelques experts supplémentaires, spécialistes du thème évalué, peuvent être invités afin d’enrichir la qualité de
l’évaluation. Ces invités sont choisis en concertation avec le président du Conseil scientifique.
Tous les membres des Conseils scientifiques sont extérieurs au CEA.
Le tableau ci-dessous indique la répartition des membres des Conseils scientifiques et comités d'évaluation de la DRT.
Nombre
d’experts
français
Dont
industriels
Nombre d’experts
Europe, hors France
Nombre d’experts
hors Europe
Total
étranger
Nombre
d’experts
Total
45 5 7 (dont 1 industriel) 2 (dont 1 industriel) 8 54
D. Documents édités à l’occasion des
conseils scientifiques L’évaluation d’un thème dure au moins une journée au
cours de laquelle l’ensemble des laboratoires concernés est
évalué (présentations et visites). La réunion du conseil
scientifique peut être précédée par la visite des laboratoires
évalués (environ trois semaines avant) à la demande du
Conseil Scientifique.
Le programme est établi par le directeur de l’UP en
concertation avec le président du conseil scientifique, le
directeur scientifique de la DRT et le ou les chefs de
départements évalués.
Outre les termes de référence généraux (décrits dans un
document séparé), il est demandé aux experts d’évaluer
plus particulièrement les points suivants :
• la qualité des résultats scientifiques et techniques
obtenus et leur place dans la discipline concernée
• la cohérence globale et la synergie entre les
laboratoires autour du thème évalué
• la pertinence des orientations scientifiques et
techniques à moyen et long terme
• la prise en compte des recommandations du dernier
conseil scientifique
• la participation à des réseaux nationaux, européens et
internationaux ainsi que les relations avec d’autres
laboratoires de recherche.
DOMAINE SCIENTIFIQUE
PERIMETRE 2006 2007 2008 2009
Nouvelles technolo-gies de l’énergie et
nanomatériaux
Nanomatériaux et nanostructuration juin
Piles à combustible et filière hydrogène x
Photovoltaïque, stockage de l’énergie et efficacité énergétique oct
La liste des laboratoires entrant dans le périmètre du
conseil est mise à jour régulièrement. Un document écrit
est rédigé et transmis à chaque membre du conseil
scientifique environ un mois avant la tenue de la séance du
Conseil Scientifique. Ce document est préparé par les
laboratoires examinés selon le canevas suivant :
1. Présentation générale du laboratoire
• Présentation générale de l'activité
• Moyens humains (salariés cea, étudiants doctorants et
post doctorants, collaborateurs extérieurs)
• Moyens expérimentaux
1. Contexte et enjeux
• Enjeux scientifiques, technologiques et industriels
• Applications visées
• Positionnement de l’unité par rapport aux autres
laboratoires de recherche français et étrangers dans le
domaine
DRT-/ CEA-Grenoble
Page 62
3. Présentation de l’activité scientifique et technique
du laboratoire, plus particulièrement sa contribution
au thème évalué
• Objectifs
• Description des projets
• Résultats importants (partie principale du document)
• Verrous technologiques éventuels
• Liste des publications, communications, thèses,
mémoires et brevets
• Participation à des enseignements
• Liste des distinctions : prix, médailles…
Chaque rapport exprime les recommandations précises du
Conseil Scientifique. Ces recommandations et les actions
menées en réponse à ces recommandations font l’objet
d’un rapport de synthèse annuel édité sous la
responsabilité de la direction des programmes
4. Partenariat
• Relations avec les industriels
• Couplage avec la recherche fondamentale et
technologique (collaborations internes CEA, régionales,
nationales, européennes, internationales)
• Formation-enseignement (thèses, contributions aux
enseignements et à la formation)
5. Perspectives
Les documents des laboratoires sont complétés au niveau
département par une présentation générale :
• de la stratégie du département
• des thèmes et programmes transverses incluant les
principaux jalons et difficultés rencontrées
• des actions menées pour la prise en compte des
recommandations du dernier conseil scientifique
E. Formulation et suivi des recommandations des Conseils (2000-2006)
Chaque réunion du conseil scientifique est suivie par la
rédaction d’un rapport écrit sous la responsabilité du
président du Conseil Scientifique. Ce rapport est transmis
aux chefs du ou des départements évalués ainsi qu’aux
membres du directoire de la DRT et à la direction des
programmes.
F. Synthèse des recommandations des Conseils (2000-2006)
De façon unanime, les conseils scientifiques saluent la
qualité des travaux faits dans les unités de la DRT. Ils
soulignent bien souvent la qualité des partenariats noués
ainsi que de la prise en charge des sujets (organisation de
notre recherche). Enfin ils sont toujours élogieux sur le
caractère exemplaire du niveau de nos collaborations
industrielles.
De nombreuses recommandations sont spécifiques aux
domaines évalués ; toutefois, on peut retrouver trois
recommandations qui sont communes aux divers conseils :
Production scientifique : les conseils relèvent le fait
que la production scientifique de la DRT s’exprime
principalement au travers du dépôt de brevets. Ils
regrettent de façon récurrente le faible nombre de
publications et/ou communications (principalement
publications dans des revues internationales à comité de
lecture).
IIs considèrent que ce niveau faible ne reflète pas la qualité
Formation doctorale : il est fait état souvent du trop
faible nombre de doctorants ou de post-doctorants à la
DRT. Même si l’objectif ne peut être un ratio égal à celui
observé dans le domaine académique, il nous est conseillé
de maintenir la croissance constatée depuis plusieurs
années.
réelle des travaux entrepris et surtout pénalise la visibilité
internationale de la DRT.
Deux indicateurs de suivi ont été mis en place afin de
piloter notre progression sur ce point : le nombre de
publications dans des revues internationales et le nombre
de présentations dans les conférences de premier rang.
Des ressources humaines et financières supplémentaires
ont été allouées à la formation par la recherche, ce qui a
permis d’atteindre 118 nouvelles thèses en 2007 Par
ailleurs, une prime systématique a été décidée pour les
passages d’HDR de manière à inciter les ingénieurs de la
DRT à s’investir dans la formation par la recherche.
Le programme TechnoDoct, associant formation en
laboratoire et formations non scientifiques préparant au
monde de l’entreprise, doit nous aider à atteindre notre
objectif de 160 nouvelles thèses par an en 2011.
Etat de l’art et positionnement international : Il
est parfois reproché aux équipes de la DRT de trop se
positionner selon un schéma national et de ne pas assez se
positionner par rapport à la situation scientifique
internationale (benchmarking international) et par rapport
à l’état de l’art dans les autres pays.
Il a été décidé d’établir un contact, dans un premier temps,
avec 10 grandes universités internationales.
DRT-/ CEA-Grenoble
