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Etude de l’atténuation de champs electroMAGnétiques induite par les éco-matériaux du BATiment (Projet MAGBAT)

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Offre n° IMEPLaHC-11092018-RFM

Stage de PFE ou de Master – 2019
Etude de l’atténuation de champs electroMAGnétiques induite par les éco-matériaux du BATiment (Projet MAGBAT)

Mots-clés : Electromagnétisme, caractérisation matériaux, radiofréquences, éco-construction, modèles physiques

Lieu :Institut de Microélectronique, Electromagnétisme et Photonique (IMEP-LAHC)
Minatec – 3, parvis Louis Néel, BP 257, 38 016 GRENOBLE Cedex 1
L’Institut de Microélectronique Electromagnétisme et Photonique – Laboratoire d’Hyperfréquences et de Caractérisation (IMEP-LAHC, http://imeplahc.
grenoble-inp.fr), unité mixte de recherche (CNRS/Grenoble INP/UJF/Université de Savoie) de 180 personnes dont les sujets de recherche concernent la micro et la nanoélectronique, la photonique, les microondes. L’équipe sera composée de P. Xavier, PR de l’UGA et de Ph. Artillan, MCF de l’USMB.

Partenaire :SCIC Eco-Pertica – L’Hôtel Buissonnet, 61340 Nocé
Eco-Pertica est une Coopérative d’Intérêt Collectif basée dans le Perche, qui propose une expertise accessible à chacun pour une éco-construction exigeante et réaliste. Elle est composée de 6 salariés et de 82 sociétaires. Le contact sera M. Arthur Hellouin de Ménibus, chargé de recherche et développement dans la filière terre crue.

Encadrants : XAVIER Pascal, pascal.xavier@univ-grenoble-alpes.fr , 04.56.52.95.69 ou 04.76.82.53.66
ARTILLAN Philippe, philippe.artillan@univ-savoie.fr, 04.79.75.88.18

Profil du candidat : Bac+5 en électronique ou physique appliquée.

1. Contexte scientifique et objectifs
De très nombreuses personnes se posent des questions sur la nocivité des rayonnements électromagnétiques sur la santé humaine, rayonnements auxquels nous sommes de plus en plus soumis au quotidien (wifi, systèmes sans fil…).
L’absence de consensus scientifique et le manque de retours d’expériences ne permettent pas aux citoyens de se faire un avis très éclairé sur cette question. Dans l’attente d’études complémentaires, l’application du principe de précaution implique de réduire autant que faire se peut les rayonnements reçus, en particulier dans l’habitat. Dans le secteur de l’éco-construction, outre le fait que les éco-matériaux présentent un intérêt pour réduire la pollution de l’air intérieur et
les composés chimiques volatils présents dans l’habitat, on voit apparaître des pratiques de blindage des réseaux électriques et de géobiologie pour répondre aux questionnements des habitants concernant les champs électromagnétiques. Il est difficile de se faire un avis sur l’intérêt de ces solutions et des surcoûts générés au regard du risque sanitaire réel. Par ailleurs, des vendeurs d’éco-matériaux chaux-chanvre, pratiquants connus de techniques de marketing agressives, revendiquent que leur matériau est “un bouclier éléctromagnétique”, sans qu’aucune démonstration scientifique n’ait pu être trouvée à ce sujet.
De nombreux travaux scientifiques existent sur des solutions de blindage éléctromagnétique avec des matériaux métalliques dans un contexte militaire. Mais dans le secteur de l’habitat, la seule étude identifiée à ce jour sur les écomatériaux est celle de notre équipe [Xavier 2010] qui s’est concentrée sur les bandes de fréquences utilisées par les systèmes de télécommunications (proche du GHz). Nos travaux récents sur des matériaux à bases de cellulose, pour des applications électroniques, montrent que la présence d’eau dans le matériau augmente l’atténuation radiofréquence [Guers 2018].
Les écomatériaux ont notamment pour spécificité par rapport aux matériaux conventionnels du bâtiments (polystyrène, laine de verre) de pouvoir stocker une certaine quantité d’eau en leur sein. Les écomatériaux pourraient alors présenter un intérêt pour réduire l’exposition des habitants aux champs éléctromagnétiques. Mais d’autres paramètres pourraient être influents, tels que la température, la masse volumique du matériau, son réseau de porosité, la
nature de ses constituants ou encore son épaisseur. Un éclairage scientifique est nécessaire pour comprendre et quantifier l’atténuation radiofréquence induit par les matériaux de construction. Cela permettrait d’identifier si les écomatériaux sont utiles pour réduire cette source de pollution.

2. Objectif du stage et questions de recherche traitées
Les objectifs de ce travail sont :
–> de quantifier l’atténuation radiofréquence de différents matériaux utilisés dans le génie civil : matériaux conventionnels (polystyrène, laine de verre, plaque de plâtre), écomatériaux industriels (laine de bois, panneaux de contreventement bois type OSB, lambris, membranes type pare-pluie ou frein vapeur), écomatériaux locaux (botte de paille, laine de chanvre, chènevotte, bois léger, bois dense), béton biosourcé (terre-chanvre, chaux-chanvre), matériau traditionnel lourd (torchis, bauge, pierre) et enduits (enduits chaux-sable, enduit terre).
–> d’identifier les mécanismes physiques responsables de l’atténuation radiofréquence pour obtenir des abaques de performances par matériau.
Ce projet est construit dans une processus de recherche participative, associant une association d’éco-construction, une SCIC a gestion désintéressée et un laboratoire universitaire. Il s’agit d’une démarche d’intérêt général associant des chercheurs académiques et d’autres citoyens concernés par la recherche visée. Ils collaborent aux différents stades dprojet, de la définition de la problématique à la diffusion des résultats. Cela permet la co-construction de nouveaux savoirs, en associant des connaissances empiriques de terrain et des expertises scientifiques, pour produire des résultats utiles et intégrant toutes les facettes de la problématique traitée. L’étude se veut pragmatique, l’objectif n’est pas de promouvoir l’éco-construction, mais d’évaluer l’intérêt ou non des écomatériaux vis-à-vis de l’atténuation des champs éléctromagnétiques, et de les positionner face aux matériaux conventionnels.
La démarche scientifique associe des mesures expérimentales et un travail de modélisation pour s’assurer de la bonne compréhension physique des phénomènes observés.
Ce stage peut déboucher sur un travail de thèse (demande de financement en cours).

Moyens techniques
–> Analyseur de réseau vectoriel servant à la mesure d’atténuation large bande (entre 50MHz et 6 ou 20GHz)
◦ en propagation guidée (ligne de transmission): épaisseur maxi des échantillons de matériaux mis en forme de l’ordre du cm, possibilité de faire varier la température et l’humidité.
◦ en propagation libre (antennes cornet dans une chambre anéchoïque) : épaisseurs pouvant aller jusqu’à 40cm, dimensions latérales typiques de 1 m par 1 m, supports bois pour les échantillons et les mâts des antennes.
–>Outils de modélisation déjà disponibles (ordinateur équipé de CST Microwave studio et de scripts Matlab ou python
pour l’extraction des paramètres à partir des mesures RF, logiciel de pilotage des antennes dans la chambre anéchoïque)

3. Références
[Xavier 2010] Caractérisation de l’atténuation radiofréquence de matériaux isolants naturels du bâtiment, P. Xavier, M.A. Belli-Riz, J.Y. Frau, 11èmes
Journées de Caractérisation Microondes et Matériaux, Brest, 31 mars au 2 avril 2010
[Guers 2018] Impact de l’humidité sur les pertes des matériaux cellulosiques en RF, C. Guers, P. Xavier, F. Garet, P. Martinez, T.P. Vuong, 15èmes
Journées de Caractérisation Microondes et Matériaux, Paris, 19-21 Mars 2018

  • Mots clés : Sciences pour l'ingénieur, Electronique et microélectronique - Optoélectronique, FMNT, IMEP-LaHc
  • Laboratoire : FMNT / IMEP-LaHc
  • Code CEA : IMEPLaHC-11092018-RFM
  • Contact : pascal.xavier@univ-grenoble-alpes.fr

Synthèse Chimique de Nanostructures de ZnO pour les Produits Cosmétiques

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Offre n° LMGP2018_02

Sujet détaillé
L’oxyde de zinc (ZnO), matériau biocompatible et composé d’éléments abondants, présente de nombreux atouts pour les produits
cosmétiques. Il cristallise suivant une large variété de nanostructures présentant différentes formes plus ou moins exotiques (incluant
les nanofils, nanopiliers, nanotubes, nanohélices…) et différentes tailles (nanométriques à micrométriques) par des techniques de
synthèse chimique bas coût, basse température et facile à mettre en oeuvre. Il possède en outre des caractéristiques le rendant
sensible à une grande partie du domaine de longueur d’onde de l’ultra-violet du spectre solaire. Les caractéristiques géométriques
de ces nanostructures (i.e., en termes de forme, rapport de forme, grande surface développée…) à ces petites échelles leur confèrent
de plus des propriétés remarquables, notamment lorsque ces dernières sont reliées à des phénomènes de surface et de
fonctionnalisation associée. Les nanostructures de ZnO présentent ainsi un fort potentiel dans le domaine de la cosmétique.
Le but de ce stage consistera à développer la synthèse chimique de nanostructures de ZnO de formes et de tailles variées pour
la cosmétique. Un travail important sera dédié à l’optimisation des conditions de synthèse en solution aqueuse. Une large gamme de
techniques de caractérisations structurales et électro-optiques seront utilisées (microscopie électronique à balayage et en
transmission, diffraction de rayons X, absorbance dans le visible, …) pour évaluer finement les mécanismes de croissance mis en
jeu ainsi que leurs propriétés. Le but final sera d’optimiser la morphologie structurale de ces nanostructures, qui seront utilisées pour
la formulation de produits cosmétiques.

Lieu et durée
Le candidat travaillera au sein du Laboratoire des Matériaux et du Génie Physique (LMGP) dans l’équipe Films Minces,
Nanomatériaux et Nanostructures (FM2N), dans le cadre d’un partenariat bilatéral avec LVMH – Recherche.
Site web du laboratoire : http://www.lmgp.grenoble-inp.fr/
Durée du stage : 6 mois

Profil & compétences requises
Le candidat recherché est élève de grande école, d’école d’ingénieurs et/ou de Master 2R dont la formation est axée principalement
sur la chimie et/ou la physico-chimie des matériaux. Des aptitudes pour le travail en équipe et l’expression en anglais orale et écrite
seront appréciées. Nous recherchons des candidats dynamiques, motivés et intéressés pour poursuivre en thèse.
Stage pouvant se poursuivre en thèse : Oui

Indemnité de stage
Le stagiaire sera indemnisé (~550 euros/mois).

(pourvue) Développement et optimisation d’un procédé de réalisation de structures photoniques par sciage de guides planaires

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Offre n° IMEPLaHC-28112017-PHOTO

                                              STAGE MASTER II PFE – 2018

L’optique intégrée sur verre a montré ses fortes potentialités au cours des deux dernières décennies pour permettre la réalisation de nombreux types de capteurs ou de microsystèmes dans le domaine de la photonique. Un certain nombre de ces dispositifs est encore au stade de la recherche dans les laboratoires mais d’autres ont été optimisés pour réaliser des produits industriels au sein de l’écosystème grenoblois (spectromètres par la société Resolution Spectra Systems et par la société TeemPhotonics par exemple).
Pour l’instant, ces systèmes sont basés sur une technologie d’échange d’ions permettant l’accroissement local de l’indice de réfraction du verre avec une variation maximum d’indice de réfraction autour de ∆n = 10-2. Le projet proposé vise à lever cette limitation en développant une nouvelle variante de guides optiques sur verre, dits « rubans », dont les performances en confinement latéral de la lumière sont considérablement améliorées laissant envisager la possibilité de réaliser de nouvelles fonctionnalités optiques (∆n = 5.10-1). En effet, l’approche considérée consiste à réaliser des guides droits en forme de rubans dont la largeur est obtenue avec des traits de scie sur une profondeur de 10μm à 50μm alors que le confinement vertical est toujours assuré par un échange d’ions classique. De telles dimensions n’étaient pas disponibles avant. Elles sont dorénavant rendues possibles grâce à la disponibilité de scies avancées avec des lames spécifiques et une précision de positionnement et de rugosité après sciage tout à fait acceptables. Outre son faible coût de mise en oeuvre, cette technique apporte les avantages suivants :

  •  L’Ouverture Numérique (ON) latérale des guides est fortement augmentée
  •  La surface du guide en interaction avec l’air est plus grande (surfaces planaire et latérales) et peut être utilisée pour augmenter l’interaction du guide avec le milieu extérieur (applications de capteurs).
  • Avec un choix de lames données on peut aussi réaliser des découpes de guides trapézoïdales plutôt que rectangulaires. Cette forme peut induire des effets intéressants sur la polarisation des modes

Des premiers tests concluants ont déjà été réalisés. Le but du stage est de continuer ce développement en réalisant et en caractérisant ce type de nouveaux guides puis des structures plus spécifiques comme des spectromètres intégrés. Ce travail s’effectuera entièrement dans notre laboratoire (Techniques d’échange d’ions, découpe à la scie, caractérisation optique des guides). De plus, des outils de simulation développés au laboratoire pourront aussi être utilisés pour comparer les résultats expérimentaux et théoriques.

Contact :
Alain MORAND
Tel : 04 56 52 94 86
IMEP-LAHC, Minatec, 3 Parvis Louis Néel, CS 50257, 38016 Grenoble Cedex 1

  • Mots clés : Sciences pour l'ingénieur, Electronique et microélectronique - Optoélectronique, FMNT, IMEP-LaHc
  • Laboratoire : FMNT / IMEP-LaHc
  • Code CEA : IMEPLaHC-28112017-PHOTO
  • Contact : morand@minatec.grenoble-inp.fr
  • Merci de votre intérêt, mais cette offre de Stages est déjà pourvue.

(pourvue) Etude expérimentale et théorique des contacts tunnels pour les cellules photovoltaïques à base de silicium

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Offre n° IMEPLaHC-23111017-CMNE

                                                                                  

Contexte
Dans le cadre d’un projet de recherche financé par l’ANR, le groupe CMNE du laboratoire IMEP-LaHC va entreprendre une étude approfondie de nouveaux types de contacts pour les cellules solaires à base de silicium cristallin (c-Si). Cette nouvelle technologie de contact utilise la propriété de passivation des couches d’oxyde de silicium SiOx (réduction des recombinaisons et donc amélioration des rendements) en exploitant la possibilité de transporter les courants générés à travers ces oxydes, par effet tunnel (Figure 1).

                                                Figure 1 : Schémas d’un contact standard (direct sur c-Si) et passivé (par un SiOx « tunnel »)

Les implications de cette technologie innovante, actuellement développée au CEA-INES, sont cependant mal comprises. En particulier, les questions suivantes sont encore ouvertes :

  • Quelle est l’épaisseur d’oxyde permettant à la fois une bonne passivation et un transport tunnel adéquate ?
  • Quelle influence a le profil de dopage sur les recombinaisons sous un contact tunnel ?

Travail demandé
Cette étude sera menée grâce à une approche à la fois théorique et expérimentale. D’une part, des simulations dérive-diffusion 1D et 2D, incluant des modèles de courants tunnels qu’il faudra qualifier, permettront d’étudier en détail le rôle du contact en SiOx, du profil de dopage et des recombinaisons sur la caractéristique complète de la cellule. Ces simulations seront effectuées à l’aide du logiciel commercial Sentaurus.
Une étude expérimentale par caractérisation électrique (mesure I-V, C-V) permettra de conforter ou au contraire de contredire les simulations réalisées. Une série de mesures KFM permettra une cartographie 2D du travail de sortie des cellules et de l’épaisseur d’oxyde des cellules.
L’objectif final sera d’implémenter les caractéristiques simulées et/ou mesurées dans le logiciel Griddler, qui permet d’estimer les performances d’une cellule complète, et donc d’évaluer l’intérêt des technologies de contact tunnel pour le photovoltaïque.

Compétences/formation

  • Niveau M1 ou M2
  • Formation en physique du semi-conducteur, physique du composant, photovoltaïque
  • Solide base dans l’utilisation des outils informatiques
  • Bonne connaissance en méthode numérique
  • Expérience en caractérisation électrique

Encadrement et contact :

  • Mots clés : FMNT, IMEP-LaHc
  • Laboratoire : FMNT / IMEP-LaHc
  • Code CEA : IMEPLaHC-23111017-CMNE
  • Contact : anne.kaminski@imep.grenoble-inp.fr
  • Merci de votre intérêt, mais cette offre de Stages est déjà pourvue.

(pourvue) Caractérisation des matériaux et interfaces à base de semiconducteurs par génération de seconde harmonique (SHG)

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Offre n° IMEPLaHC-14112017-CMNE

Laboratory : IMEP-LaHC, Grenoble-INP

Contact: Irina Ionica

Key words:
second harmonic generation, thin layers optical properties, modeling

Context:
This topic is in the context of research on novel characterization methods of ultra-thin films and interface quality for applications in micro, nanoelectronics, photovoltaics, photonics, etc.
A key element today is to propose and develop innovative characterization methods that do not need any physical contact, therefore avoiding any damage of the advanced ultra-thin substrates.
A very promising technique was recently proposed: the second harmonic generation (SHG)1. A laser emitting at the fundamental frequency can induce polarisation of the material. The intensity measured at double frequency is proportional to the second order non-linear polarisation of the material and is named the second harmonic. An additional SHG contribution can appear due to the electric field induced second harmonic (EFISH). The interest in the SHG resides in its sensitivity to material and interfaces quality and particularly to the electric field at semiconductor – dielectric interfaces, which is related to presence of charges (fixed, interface states, traps, etc).

Objective:
An innovative SHG equipment, unique in Europe, very recently developed and fabricated by FemtoMetrix (USA) was recently installed at IMEP-LAHC.
The first objective will consist in qualifying the measurement tool, using different samples (dielectrics on semiconductors, silicon-on-insulators…).
Based on these results, the second objective is to validate and extend models for SHG, for the extraction of material quality parameters such as the density of interface states.

Requested competences:
This topic is an interdisciplinary topic, in the fields of optics, micro-electronics, and material science. The candidate must have a very good background in optics,
semiconductor physics, microelectronics.

Collaborations:
This work is done in the context of different collaborations that the team has with groups (academic and industrial) involved in the material fabrication (INSA Lyon, SOITEC, CEA-LETI). She/he will also be in contact with the tool fabricant in California. Therefore the student will be in a stimulating professional environment, in touch with both academic and industrial research actors which should be very beneficial for hers/his future career.

The internship topic is going to be proposed for a PhD thesis, starting from October 2018.

1 B. Jun, et al., IEEE Transactions on Nuclear Science, vol 51, 3231 (2004).
M.L. Alles et al, IEEE Transactions on Semiconductor Manufacturing, vol. 20, 107 (2007

  • Mots clés : Sciences pour l'ingénieur, Electronique et microélectronique - Optoélectronique, FMNT, IMEP-LaHc
  • Laboratoire : FMNT / IMEP-LaHc
  • Code CEA : IMEPLaHC-14112017-CMNE
  • Contact : Irina.Ionica@phelma.grenoble-inp.fr
  • Merci de votre intérêt, mais cette offre de Stages est déjà pourvue.
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