Doctorant en modélisation et évaluation environnementale des modules de puissance H/F

Description du Poste

Sujet De Thèse

Le sujet de thèse s’inscrit dans le projet PEPR GREENPOWER qui vise à développer des modules de puissance plus soutenable à voir comment structurer une filière plus circulaire autour de ces produits typiques en EP. Le consortium du projet comprend des chercheurs universitaires (LGP (Tarbes), ICGM (Montpellier, PIM (Lyon) et G2Elab (Grenoble) et du CEA leti.
La thèse est à cheval entre le LGP et le G2Elab (Grenoble). Elle est dirigée par JC. CREBIER (DR CNRS-G2Elab) et co-encadrée par G. VINE (MCF LGP). LA thèse de déroule les 18 premiers mois à Grenoble, puis les 18 derniers mois à Tarbes. Le financement est mis en place au CNRS-G2Elab et l’inscription se fait à l’école doctorale EEATS de l’UGA.
L’électronique de puissance est une technologie clé de la transition énergétique qui se déploie activement pour assurer la décarbonation de nos sociétés. Cette transition repose sur un accroissement sans précédant de la production de dispositifs et en fin de vie la production de déchets volumineux de type DEEE. Parmi ces produits, l’électronique de puissance présente de fortes spécificités avec des systèmes complexes, fortement hétérogènes aux niveaux matériaux, composants, topologies, … et très intégrés (avec des liaisons mécaniques fortes). Ce contexte rend l’EP très peu adaptée à la circularité des produits, quel qu’en soit le scénario (réemploi, réparation, reconditionnement, recyclage). En conséquence, le travail de recherche vise à étudier à quelles conditions la circularité peut être renforcée en électronique de puissance et plus particulièrement au niveau des modules de puissance. Les modules de puissance sont des objets spécifiques, il en existe une multitude de variantes. Quelques variantes reposent sur une forme de standardisation en terme de dimensions, formes, types d’interconnexion et de refroidissement, mais avec une diversité en terme de matériaux, topologies etc…
Les modules de puissance sont aujourd’hui conçus et produits suivant des critères de performance, de cout et de fiabilité très dominants. Cela pousse la plupart des designs vers davantage d’intégration, d’hétérogénéité et de customisation. Cela conduit à l’identification de plusieurs verrous qui posent les bases du projet de recherche
L’état de l’art naissant en la matière permet d’identifier, pour des applications proches, des outils et des méthodes qui ont vocation à accompagner le questionnement des pratiques de conception et d’optimisation des modules sur tout le cycle de vie. Ce qui ressort le plus de l’état de l’art, c’est la difficulté qui réside dans la collecte des données pour alimenter les différents indicateurs et outils en court de développement. A ce titre, le projet de thèse s’inscrivant dans l’écosystème du module de puissance, l’accès à des données pourrait être plus favorable. La présence d’un ir en début de projet pour accompagner la collecte et l’exploitation des données d’inventaire sera un apport précieux.
En conséquence, plusieurs pistes de recherche sont proposées :
Identifier et améliorer un indicateur de circularité/réparabilité et un indicateur de durée de vie résiduelle qui sont deux indicateurs clés. Identifier comment collecter les données nécessaires pour alimenter cet indicateur à partir de l’état de l’art. Le cas échéant, le développement de moyens de diagnostic à associer aux indicateurs sera nécessaire. Associé à des paramètres économiques et de marché, la création d’un argus des modules de puissance est une perspective majeure pour accompagner la prise de décision en fin d’usage.
L’autre axe de recherche qui doit pouvoir accompagner l’éco-conception et les choix de circularité concerne le développement de scénario et d’inventaire associés pour la gestion de la fin de vie. Identification (des options pertinentes), inventaire et intégration des scenarios de circularité dans l’outil ACV de l’évaluation de l’impact environnemental développé par l’IR G2Elab-CEAleti puis intégration et exploitation (interprétation (choix des catégories d’impacts, score unique, contextualisation applicative…) de l’outil dans la méthode. Possiblement contextualisation de l’ACV au niveau produit/application et pas seulement système électronique. Outil collaboratif ACV, simplification ACV, plutôt orienté vers l’IR à présent du coup pourrait devenir l’intégration de la circularité dans l’ACV.
Pour guider dans les choix à faire, une enquête internationale sera menée pour appréhender la perception des gens par rapport aux opportunités des « R principle » (faire parler les acteurs clés, pro des matériaux leur potentiels, les usages, les filières, les recycleurs, et dans la mesure du possible les opérateurs de circularité spécifiquement pour le module). Maillage écosystémique mais aussi des opportunités technos et aussi d’une vision/projection de la filière module de puissance…. Cela doit nous mener à la synthèse des scénarios. Immersion dans le projet et au-delà. 20 enquêtes par exemple.

Activités
Le premier travail majeur est de développer un modèle d'inventaire complet et paramétré des modules de puissance sur tout le cycle de vie pour accompagner la prise de décision dans le processus de conception et si possible dès la phase de recherche dans le domaine des modules de puissance. Pour mener à bien le travail, un état de l'art poussé sera mené à bien, complété par plusieurs travaux déjà menés en interne sur ce point (G2ELab + CEA LETI). Une partie originale est attendue pour développer un modèle d'inventaire paramétré sur le cycle de vie pour des matériaux biosourcés, qu'il sera envisagé de développer et d'utiliser dans le projet. Des interactions avec les laboratoires partenaires sont attendues. Des connaissances en chimie verte seront appréciées. Le passage à l'échelle à partir des données labo pourra être mis en œuvre. Il s’agira de définir le niveau d’agrégation et le format des données du modèle d’inventaire pertinent, qui permette à la fois d’être précis, partageable, paramétrable et d’assurer la confidentialité de certaines données.

Une attention particulière est attendue sur le choix des paramètres des modèles d'inventaire sur tout le cycle de vie. Cette partie de la mission vise à produire des modèles qui vont alimenter des analyses sur cycle de vie. Ce travail pourra faire l'objet d'une ou plusieurs publications scientifiques.
Le second objectif majeur consistera à exploiter les modèles paramétrés d'inventaire pour produire des ACV et accompagner l'évaluation des impacts environnementaux et le soutien à la prise de décision.
L'environnement de travail envisagé ici est le langage Python et la toolbox Brightway. L'outil open source doit permettre de faciliter l'accès à l'ACV par les membres du consortium. Un effort particulier sera demandé pour accompagner la prise en main de l'outil ACV par des non experts en ACV.
Dernier travail majeur, l'utilisation de l'outil pour mener des analyses comparatives et accompagner l'évaluation des impacts environnementaux à partir d'un plan d'expérience théorique, de choix technologiques et matériaux et de conditions d'usage et de fin de vie. Ce travail pourra faire l'objet d'une ou plusieurs publications.
En complément, le doctorant devra interagir avec les membres du consortium pour collecter des données, partager des pratiques et présenter des résultats. En particulier, il ou elle sera en interaction avec les doctorants et permanents des laboratoires impliqués dans le projet pour les aider à prendre en main ses travaux et à poursuivre leur usage après son départ. En effet, ces travaux serviront de base pour appliquer une démarche d’écoconception.
Il ou elle devra contribuer à la rédaction de publications scientifiques en anglais et de rapports en lien avec le projet. Il ou elle sera amené.e à présenter ses travaux lors des réunions de suivi et des conférences.

Compétences attendues
Requises :
1- connaissances en génie électrique, électronique, électronique de puissance, packaging, procédés et matériaux (une ou plusieurs de ces domaines).
2- connaissance dans la mise en œuvre d'une ACV, le développement d'inventaires et de modèles paramétrés
3- Expérience pratique d’outils ACV, idéalement open source type Open LCA et/ou Brightway et idéalement maitrise de ces outils
4- maitrise de l'anglais
5- motivation pour les enjeux environnementaux
Plus appréciés :
1- une expertise dans le packaging de puissance
2- des connaissances dans la chimie des matériaux polymères et encore mieux si biosourcés.
3- des connaissances en programmation Python
Savoir être :
Autonome, organisation, rigueur, travail en équipe, bonnes capacités de communication et de rédaction

Votre Environnement de Travail

Le Laboratoire G2elab de Génie Électrique de Grenoble est une unité mixte de recherche (UMR 5269) de Grenoble INP - UGA, de l'Université Grenoble Alpes et du CNRS, dans le domaine de la Recherche en Génie Électrique.
Il couvre un spectre scientifique qui va des matériaux et des composants, pour aboutir à la conception et au pilotage de systèmes d’énergie électrique. Son action peut être résumée par les mots clefs suivants : énergie électrique, matériaux, procédés et systèmes innovants, modélisation et conception.
Avec plus d'une centaine de personnels permanents, une centaine d'étudiants en doctorat et 70 autres acteurs comme les mastesr, les post-docs ou les professeurs invités, le G2Elab s'impose dans ces domaines comme un acteur majeur au niveau national et international, au cœur de l’efficacité énergétique des composants et systèmes.
Le doctorant est également supervisé par une équipe de chercheurs du CEA leti et une interaction étroite est prévue. L'employé peut également travailler ponctuellement au CEA leti, situé à proximité du G2Elab.
Le CEA-LETI (Laboratoire d’Electronique et de Technologie de l’Information) est un institut de recherche technologique du CEA qui développe de nouvelles technologies, notamment autour des micro et nano-technologies. Le LETI apportera son expertise sur la fabrication des puces en salle blanche et celle des interconnexions de ces puces. Il développera les ICV (Inventaire de Cycle de Vie) de ces parties. Le doctorant du G2ELab travaillera en lien avec le LETI afin d’intégrer ces données dans son modèle des impacts environnementaux de l’ensemble du module.

Contraintes et risques

NA

Rémunération et avantages

Rémunération

La rémunération est d'un minimum de 2300,00 € mensuel

Congés et RTT annuels

44 jours

Pratique et Indemnisation du TT

Pratique et indemnisation du TT

Transport

Prise en charge à 75% du coût et forfait mobilité durable jusqu’à 300€

À propos de l’offre

À propos du CNRS

Le CNRS est un acteur majeur de la recherche fondamentale à une échelle mondiale. Le CNRS est le seul organisme français actif dans tous les domaines scientifiques. Sa position unique de multi-spécialiste lui permet d’associer les différentes disciplines pour affronter les défis les plus importants du monde contemporain, en lien avec les acteurs du changement.

Le CNRS

Les métiers de la recherche