Fiabilité et Systèmes en environnements contraints
Les activités de l’Axe Fiabilité et Systèmes en Environnements Contraints adressent des problématiques de recherche portant sur les effets des contraintes environnementales (électrique, thermique, radiation) sur des matériaux, composants et systèmes ainsi que sur la conception d’instrumentation et de méthodes de caractérisation non destructives en environnement hostiles.
L’axe regroupe des études théoriques, numériques et expérimentales pour le développement et la mise en œuvre d’instrumentations (méthodes, capteurs, électroniques associées, logiciels spécifiques) et de méthodes de mesures et de contrôle en milieux contraints.
ACTUALITES
5 Juin 2023 : L'IES adhère pôle Nuclear Valley, le pôle de compétitivité de la filière nucléaire française.
6-8 Juin 2023 : Véritable vitrine en termes d’innovations industrielles et scientifiques, les Journées COFREND proposent aux visiteurs de découvrir, durant 3 jours de conférences et d’exposition, toutes les composantes de la filière END, notamment dans le domaine nucléaire.
L'IES sera présent.
11-16 Juin 2023 : L'IES sera présent à la conférence ANIMMA2023, consacrée à la promotion des activités scientifiques et techniques dans le domaine de l'instrumentation et des mesures
nucléaires.
Des membres des équipes ACO, M2N et RADIAC présenteront les travaux actuels dans ce domaine propre à l'instrumentation en Environnement Contraint.
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SOUS-THEMES DE RECHERCHE
Les recherches, qu’elles soient inter ou intra équipes, sont regroupées en 5 thématiques principales :
ST1 - Effet des radiations sur les composants et système
Etudier les mécanismes de base et proposer des méthodes de test sous irradiation
INTERACTION DES RADIATIONS AVEC LA MATIERE @RADIAC
- Etude des interactions rayonnement matière
- Etude des mécanismes de dégradation des composants électroniques:
- Single Event Effects (SEE), Effet de dose et mécanismes de guérison
- Etude de la sensibilité aux radiations de composants élémentaires : CMOS, puissance (GaN, SiC…), …
- Etude des effets des radiations sur des circuits intégrés complexes : mémoires, SoC, SoM…
- Etude des technologies de l’IA, de la fiabilité prédictive
MODELISATION ET OUTILS DE PREDICTION @RADIAC
- MC-ORACLE : un code Monte-Carlo pour la prédiction du taux d’erreurs (SER) au niveau End-User et Fondeur.
- ECORCE : un outil TCAD qui prend en compte l’effet des radiations avec un mailleur automatique et dynamique.
- Modélisation de l’environnement radiatif atmosphérique, spatial
TEST ET METHODES DE CARACTERISATION @RADIAC
- Réalisation de test sous irradiation avec les moyens présents au laboratoire: cobalt60, X-ray, Laser, source alpha.
- Réalisation de test en grands accélérateurs ou réacteurs expérimentaux
- Outils et méthodes d’évaluation de la fiabilité : développement des méthodes et plateformes matérielles/logicielles, évaluation de solutions de durcissement
- Développement de méthodologies de test
MATERIAUX ET CAPTEURS POUR MESURE DOSIMETRIQUE @RADIAC @M2N
- Etude et développement de systèmes de mesure de l’environnement radiatif et de ses effets sur l’électronique.
- Etude et développement de matériaux pour la dosimétrie OSL (Optically Stimulated Liminescence).
MATERIAUX PIEZOELECTRIQUES SOUS FLUX GAMMA ET NEUTRONIQUE @ACO @RADIAC
- Expérimentations complexes avec des contraintes
- Etude des effets de dose / débits de dose
- Qualification de la tenue sous flux de composants pour l’intégration dans des capteurs.
ST2 - Instrumentation et Capteurs en environnements hostiles
Développer des capteurs et systèmes en conditions hostiles
INSTRUMENTATION ACOUSTIQUE EN MILIEU NUCLEAIRE @ACO
- Systèmes Acoustiques dédiés aux contrôles en milieux radiatifs
- Mesure de relâchement de gaz de fission en MTR
- Mesures de la pression / composition de gaz de relâchement sur assemblage REP
- Examens ultrasonores post-irradiatoires de déformation inter-plaque sur un élément combustible irradié d’un réacteur à Haut Flux
- Banc d’imagerie acoustique haute résolution pour caractériser l’interface pastille-gaine au sein de crayons combustibles.
MESURES INERTIELLES SOUS ACCELERATIONS EXTREMES POUR APPLICATIONS MILITAIRES @M2N
- Micro-capteurs thermiques en vue d’applications dans la mesure inertielle (accéléromètres et gyromètres)
- Absence de masse sismique suspendue, sources de défaillances des dispositifs, lors de chocs et/ou de fortes vibrations.
- Mesures des chocs de plusieurs dizaines de milliers de g.
PHOTO-DETECTEUR IR POUR APPLICATIONS SPATIALES ET MILITAIRES @NanoMIR @RADIAC
- Détecteurs IR à superréseaux T2SL à températures de fonctionnement des supérieures à 150K dans le MWIR (3-5µm)
- Meilleure mise en service, autonomie et portabilités des imageurs IR Détecteur quantiques dans gamme VLIR
- Détecteurs T2SL MWIR et LWIR (8-12µm) sous irradiation de Dose) afin de qualifier la technologie pour de future missions spatiales
CELLULES PHOTOVOLTAIQUES FONCTIONNANT EN CONDITIONS EXTREMES @M@CSEE
- Cellules solaires III-V fonctionnant à haute température (200-250°C) pour des applications hybrides (PV couplé avec thermo-éléments ou avec du CSP) ou pour des missions dans l’espace (en direction du soleil)
- Cellules solaires III-Sb fonctionnant sous concentration solaire (50 soleils et plus)
- Caractérisations optoélectroniques de cellules solaires en condition de stress (thermique ou concentration solaire) ou avant et après irradiation (si application spatiale)
ST3 - Vieillissement et Ruptures sous contraintes électrique et thermique
Etudier l’influence des fortes contraintes électriques, thermiques et environnementales sur des matériaux isolants
VIEILLISSEMENT DE MATERIAUX ISOLANTS POUR LE GENIE ELECTRIQUE @GEMS
- Etude du rôle des charges électriques (charges d’espace) dans les diélectriques.
- Qualification et surveillance de matériaux et de structures avec des propriétés adaptées aux contraintes de la HTCC (forts champs électriques continus et gradients thermiques)
RUPTURE DE POLYMERES DIELECTRIQUES @GEMS
- Prédiction de la rigidité diélectrique (champ de claquage) des propergols en fonction de leur composition
- Fiabilisation les matériaux utilisés pour la propulsion (fusées et missiles)
ST4 - Susceptibilité sous contrainte électromagnétique
Utiliser une contrainte électromagnétique pour détecter ou perturber des systèmes
PERTURBATION DE L’ELECTRONIQUE PAR INJECTION ELECTROMAGNETIQUE @RADIAC
Problématique de la sécurité matérielle des systèmes électroniques
- Bancs d’injection électromagnétique fort signal et jusqu’à 100 GHz, en champ proche, sur cartes électroniques
- Mesures des effets induits et de leur évolution selon les caractéristiques du signal perturbateur
- Compréhension des mécanismes de défaillances
- Mise en place de modèles électriques prédictifs de la susceptibilité
DETECTION ET INDENTIFICATION D’ELECTRONIQUE RF A DISTANCE @RADIAC
Problématique de la télédétection et de l’identification d’électronique de petite taille
- Banc RADAR de détection multi-bande de systèmes de communications RF pour applications militaires et civiles
- Caractérisation de la susceptibilité des cibles RF sous diverses contraintes, en mode conduit et rayonné
- Modélisation comportementale du RADAR pour simulations prédictives multi-scenario
- Mise en place de protocole de tests pour la détection et l’identification des cibles
ST5 - Méthodes de caractérisation non destructives pour matériaux et composants irradiés ou vieillis
Proposer des méthodes d’Évaluation Non Destructive sur des systèmes contraints
METHODE DE CARACTERISATION NON DESTRUCTIVE ACOUSTIQUE @ACO
- Microscopie acoustique durcie pour le CND de composites métalliques irradiés, la caractérisation de nouveaux combustibles.
- Optimisation des sondes US avec des dos composite particulaire pour des mesures Haute Température
- Dispositif spécifique multi-capteurs pour la caractérisation du contact mécanique lors du vieillissement de structures
MESURE NON DESTRUCTIVE DE CHARGES D’ESPACE @GEMS
- Méthode de l’onde thermique et optimisation
- Excitation par des impulsions de puissance produites par rayonnement et par effet Joule
- Qualification et surveillance de matériaux et de structures avec des propriétés adaptées aux contraintes de la HTCC (forts champs électriques continus et gradients thermiques)
BRUIT BASSE-FREQUENCE @M@CSEE @RADIAC
- Indicateur de qualité (amplitude du bruit en 1/f)
- Analyse des défauts (spectroscopie, composantes de G-R)
- Méthode de e caractérisation de la fiabilité de composants
- Effets des radiations (X-Ray et Gamma),
- Effets du stress électrique , Effets de la température
QUESTIONNEMENT ET COMPETENCES SCIENTIFIQUES
Questionnement
Compétences
Questionnement
Il convient d’essayer de lever les verrous et de trouver des solutions permettant de répondre aux questions suivantes :
- Comment discriminer et identifier les mécanismes physiques de dégradation liés à des contraintes multiples ?
- Comment modéliser les lois de comportement et/ou de défiabilisation sous contraintes ?
- Comment étendre les domaines de fonctionnement de systèmes en environnement extrême ou contraint ?
- Comment identifier les sources de dégradations lors de test systèmes ?
Compétences
L’axe met en œuvre les compétences scientifiques suivantes :
- Comprendre les mécanismes physiques affectant les matériaux/composants/ capteurs/systèmes sous contrainte
- Utiliser et développer des outils de simulation/modélisation adaptés
- Concevoir et fabriquer des matériaux/composants/capteurs/systèmes
- Utiliser et développer des méthodes expérimentales
- Proposer des méthodes de calcul pour la fiabilité et la prédiction
- Contribuer au développement de standards et normes de test
DOMAINES D'APPLICATIONS
- Applications Nucléaires.
- Composants pour l’Aéronautique et le Spatial.
- Applications Militaires
- Energie (Distribution, Conversion, …)
- Transports (Terrestre, Aéro, … )
- Grands Accélérateurs
NOS PARTENAIRES :
- EDF
- CEA
- FRAMATOME
- LYNRED
- AIRBUS
- THALES
- DGA
- ONERA
- ARIANEGROUP
- ILL (NEUTRONS FOR SOCIETY)
- SuperGrid Institute
- ANR / ANRT
- Région Occitanie
- …
EQUIPEMENTS SPECIFIQUES
Les équipements spécifiques sont ceux des équipes de recherche de l’axe, avec un accès aux plate-formes etchnologiques de de l’Université de Montpellier
Pour la fabrication
Pour la caractérisation
Pour la fabrication
- Équipement de de synthèse par sérigraphie (DEK 248)
- Mélangeur Tricylindre et rhéomètre (formulation des encres)
- Moyens de fabrications de capteurs acoustiques (polissage, collage, …)
- Équipement de polarisation de matériaux piézoélectriques
- Équipement de synthèse de matériaux (effet joule, pulvérisation cathodique, …)
- Presse Isostatique, Fours de cuisson, …
- Equipements de la Centrale de Technologie de Montpellier (dépôts de films mince, gravure plasma, photolithographie, câblage microélectronique, …)
- …
Pour la caractérisation
- Équipement d’étalonnage de capteur thermique (30°C à 500°C, précision 0,1°C FS)
- Plateau tournant de précision pour la caractérisation de gyroscope (ACUTRONIC_ACAA20S)
- Équipement de caractérisation sur pot vibrant (de 100mg à 80g et de 5Hz à 9 kHz)
- Banc de caractérisation des accéléromètres thermiques en mode Alpha R0 et vieillissement
- Banc de test Haute température, Haute tension (450°, 10 kV)
- Microscopie Acoustique Haute Fréquence
- Mesure de charge d’espace et de champ électrique . Méthode de l’onde thermique non destructive.
- Banc de rigidité Diélectrique (claquage) jusqu’a 60 kV AC et 150 kV DC
- Système de vieillissement pour isolant sous haute tension DC (60 kV max) et température (200°C max)
- Spectroscopie diélectrique, en température
- Banc de caractérisation du bruit BF sur composant, sous irradiation
- Caractérisations optoélectoniques de cellules solaires en condition de stress (thermique ou concentration solaire) ou avant et après irradiation
- Concentrateur solaire
- Irradiateur cobalt et test de systèmes sous dose de rayons gamma (1.17 & 1.33 MeV gamma rays, 36rad/h (10mrad/s) to 0.36rad/h (0.1mrad/s))
- Générateur d’ions lourds (Low activity sources (Ra226), Alpha 4.6 to 7.7 MeV Radium)
- Générateur X Haute Energie de la plate-forme PRESERVE (energy < 320keV photons, Dose rates < 15rad/s)
- Banc de test laser
- Bancs d’injection électromagnétique fort signal et jusqu’à 100 GHz, en champ proche, sur cartes électroniques
- Banc RADAR de détection multi-bande de systèmes de communications RF
- …
Projets de recherche
HPTAI
Développement d’une Instrumentation Acoustique sous haute pression et haute température pression
Partenaires :
Financé par :
ARISE
Suivi ultrAsonore des gaz de Radiolyse des enrobés bItuméS lors d’incEndie
Financé par le CNRS à travers les programmes interdisciplinaires de la MITI et de l’IRSN à travers son programme de recherche de recherche exploratoire
Partenaires :
Financé par :
RADNEXT
RADiation facility Network for the EXploration of effects for indusTry and research
Partenaires :
CERN, GSI, UMCG Particle Therapy Research Center (PARTREC), GANIL SPIRAL2, University of Jyväskylä, RADiation Effects Facility, UCLouvain, Institut Paul Scherrer, CNA, UJF CAS, TRIUMF, STFC-ISIS, ENEA-FSN
Financé par :
Responsable :
Jean-yves Ferrandis
Ingénieur de Recherche, HDR - CNRS
