• Le WP1 vise à développer un modèle PBPK basé sur les concentrations plasmatiques et dans le LCR de 9 antibiotiques obtenues auprès de patients en soins intensifs.
• Le WP2 consistera à reproduire dans un modèle à fibres creuses in vitro les profils PK de plusieurs antibiotiques observés dans les LCS des patients. Ces expériences permettront d'évaluer l'efficacité des antibiotiques, grâce au dénombrement bactérien au fil du temps, et à l'émergence de résistances suite à l'administration de différents schémas posologiques. Les concentrations d'antibiotiques seront mesurées par LC-MS/MS. Les mécanismes de résistance seront étudiés par séquençage et RT-qPCR.
• Dans le WP3, les données sur les fibres creuses seront utilisées pour développer un modèle PK/PD. Le modèle PK/PD in vitro sera ensuite lié au modèle PBPK pour simuler l'effet antimicrobien au site d'infection pour différents schémas posologiques.

• Directeur de thèse : Didier TRICHET
• Co-superviseurs : Huu-Kien BUI
• Ecole Doctorale : MASTIC ( https://ed-mastic.doctorat-paysdelaloire.fr/ )
• Financement : Bourse CDE (Contrat d'établissement doctoral)
• Localisation : Laboratoire IREENA, 37, Boulevard de l'Université, 44600 Saint Nazaire, France
• Durée : 3 ans
• Date de début : octobre 2024
• Employeur : Université de Nantes
• Diplôme : Ingénieur/Master 2 en Génie Electrique, Mathématiques Appliquées
• Compétences linguistiques : anglais, français

Description du doctorat

La gestion des ressources en eau constitue un défi crucial à l’ère du changement climatique et de la croissance démographique. Pour répondre adéquatement aux divers besoins des utilisateurs finaux, il devient impératif de développer des outils de gestion avancés. Cette thèse porte sur la conception et le développement d'un jumeau numérique du système de production d'eau ; un outil innovant qui répondra efficacement à divers scénarios prospectifs liés à la disponibilité des ressources en eau.

L'objectif principal de cette thèse est de concevoir et développer un jumeau numérique du système de production d'eau capable d'intégrer de manière transparente différents modèles de simulation pour répondre aux besoins des utilisateurs finaux. Ce jumeau numérique facilitera la co-construction avec les différents acteurs de scénarios prospectifs et fournira des représentations claires des résultats de simulation.

Les enjeux scientifiques identifiés pour cette thèse de doctorat sont les suivants :

• Intégration de modèles scientifiques : Cette thèse vise à développer une plateforme flexible permettant l'intégration aisée de différents modèles scientifiques au sein du jumeau numérique du système de production d'eau. Cela permet de prendre en compte diverses variables et aspects du système.
• Couplage de modèles scientifiques : Un autre défi crucial est le couplage de modèles scientifiques représentant différentes perspectives sur le système de production d’eau. Cette approche multidisciplinaire favorisera une compréhension plus globale des enjeux liés à la gestion des ressources en eau.
• Adaptabilité aux scénarios : la thèse explorera également comment choisir les modèles scientifiques les plus appropriés et configurer leur utilisation en fonction de scénarios spécifiques proposés par les utilisateurs finaux. Cela garantit que le jumeau numérique peut s’adapter aux besoins des différents acteurs de la gestion de l’eau.
• Visualisation des résultats : Enfin, un défi important consistera à traduire les résultats bruts du modèle en représentations compréhensibles pour les utilisateurs finaux. La capacité à fournir des informations claires et exploitables sera cruciale pour une prise de décision éclairée.

Cette thèse se situe à l’intersection de la modélisation scientifique, de la gestion de l’eau, des technologies numériques et des sciences humaines. Il apportera une contribution significative à la manière dont nous abordons la gestion des ressources en eau dans un contexte en constante évolution. Il contribuera également au développement d'outils plus efficaces pour les décideurs et les gestionnaires de l'eau afin de garantir une utilisation durable de cette précieuse ressource.

Ce travail sera réalisé dans le cadre du projet pluridisciplinaire local IRIS-E ANIME-WATER. Le projet implique des chercheurs dans le domaine de l'informatique, mais également dans les domaines de l'hydrogéophysique, de l'hydrologie et de la sociologie. Le projet implique un autre doctorant en sociologie. Ainsi, le travail sur la représentation des résultats de simulation sera réalisé en collaboration avec le deuxième doctorant.

Environnement

Le candidat sera impliqué dans l'équipe DiverSE, conjointe au CNRS (IRISA) et à l'Inria. L'équipe DiverSE est située à Rennes. Les recherches de DiverSE portent sur le domaine du génie logiciel. L'équipe est activement impliquée dans des projets européens, français et industriels et est composée de 13 enseignants-chercheurs, 20 doctorants, 4 post-doctorants et 3 ingénieurs. Les principaux directeurs de thèse seront le Pr Benoit Combemale (Université de Rennes 1, équipe DiverSE), le Pr Johann Bourcier (Université de Rennes 1, équipe DiverSE), et Jean-Raynald de Dreuzy (Géosciences, Rennes). Le candidat s'inscrira à l'école doctorale en informatique de l'Université de Rennes.

Les références

• June Sallou, Alexandre Gauvain, Johann Bourcier, Benoît Combemale, Jean-Raynald de Dreuzy : Agrégation de boucles pour le calcul scientifique approximatif. CIEC (2) 2020 : 141-155
• Romina Eramo, Francis Bordeleau, Benoît Combemale, Mark van den Brand, Manuel Wimmer, Andreas Wortmann : Conceptualiser les jumeaux numériques. Logiciel IEEE. 39(2) : 39-46 (2022)
• Gordon S. Blair et al. : Le rôle des technologies numériques pour répondre aux grands défis de l'environnement naturel : l'accord de Windermere. Modèles 2(1) : 100156 (2021)
• Gordon S. Blair : Jumeaux numériques de l'environnement naturel. Modèles 2(10) : 100359 (2021)

comment s'inscrire

Envoyez votre CV, lettre de motivation, et notes de votre licence et master avec les diplômes à  Benoit Combemale  et  Johann Bourcier .

Dans cette étude, le verrou technologique à lever est la miniaturisation d’une antenne multi éléments rayonnants à polarisation circulaire. Les solutions classiques actuelles ne répondent pas à toutes les contraintes opérationnelles, notamment en termes d'intégration et de performances.

Le principal défi consiste à répondre aux exigences contradictoires de la miniaturisation des systèmes d'antennes en vue de leur intégration dans le facteur de forme d'équipements électroniques de plus en plus compacts et à la nécessité de contrôler leur rayonnement. La rupture technologique est recherchée également au travers de nouveaux matériaux (par exemple céramique). Ces antennes devront en outre fonctionner sur les bandes GNSS L1/E1, G1, L2, E5 et E6 ce qui nécessite une antenne large bande ou double bande.

Objectifs de la thèse

Les objectifs du projet résumés ci-dessous permettront d'aboutir à la réalisation d’un réseau d’antenne compacte à plusieurs éléments intégrant les dispositifs actifs ainsi que les systèmes de protection imaginés. Des nouvelles méthodes d'analyse et des outils numériques d’optimisation multi-objectifs basés sur la théorie des modes caractéristiques (CM) seront adaptées pour étudier et concevoir des antennes directionnelles compactes à double bande et à polarisation circulaire ;

Les antennes développées démontreront des architectures innovantes et compactes à base des antennes à résonateurs diélectrique double bande combinées avec des antennes planaires. Ces solutions se basent sur des céramiques standards du commerce. D’autres solutions, non-conventionnelle (i.e. non-commerciale), peuvent être envisagées en se basant sur des nouveaux matériaux céramiques à permittivité contrôlée obtenu par fabrication additive d’un composite céramique à très faibles pertes et stable en température. Un autre enjeu est de réussir à minimiser le couplage entre les éléments antennaires sur une faible surface.

Travail

La thèse débutera par la conception des structures antennaires les plus adaptées pour obtenir un réseau compact. Ce travail s’appuiera tout d’abord sur une étude bibliographique exhaustive et sera accompagnée par une analyse électromagnétique de quelques structures à l’aide de logiciels de simulation. Les structures seront ensuite optimisées en termes de bande passante et de directivité à l'aide d'outils développés au sein de l'IETR. La dernière étape sera de valider expérimentalement les résultats théoriques. De nombreux prototypes basés sur différentes technologies seront réalisés et caractérisés en utilisant les plateaux techniques de l'IETR.

Funding category: Autre financement public

PHD title: Doctorat en électronique PHD Country: France

Les batteries lithium-ion (LIBs) sont des dispositifs de stockage de l’énergie électrique largement utilisés, notamment dans le domaine du transport en raison de leurs fortes densités énergétiques et de puissance, de leur portabilité et de leur fiabilité. Cependant, au cours de leur durée de vie, les batteries ont des caractéristiques qui évoluent en lien avec des mécanismes de vieillissement qui opèrent dans les cellules à la fois au repos (vieillissement calendaire) et en charge (vieillissement cyclique). Le vieillissement intervient jusqu'à ce que les exigences de performance en termes d'énergie et de puissance d'une application ne puissent plus être satisfaites, et que la batterie doive être remplacée. Améliorer la durée de service de la batterie est essentiel non seulement pour des raisons écologiques, mais aussi économiques. Les principales causes des deux types de vieillissement sont des réactions parasites entre l'électrolyte et l'électrode. Elles peuvent être classées en trois catégories : les réactions anodiques (la réduction de l'électrolyte entraîne la croissance de l’Interface Électrolyte Solide - SEI), les réactions cathodiques (comprenant l'oxydation de l'électrolyte et la dissolution des métaux de transition) et les réactions couplées (les métaux de transition dissous dans la cathode affectent par exemple la croissance de la SEI dans l'anode). La croissance de la SEI est supposée être le mécanisme de vieillissement dominant ; elle entraîne une diminution irréversible de la capacité liée à une perte de lithium cyclable [1,2]. L'élaboration de méthodologies de vieillissement fiables qui incorporent l'influence de tous les facteurs de dégradations mentionnés ci-dessus demeure un défi majeur. Actuellement, dans le domaine du génie électrique, les travaux réalisés sur les modèles de dégradation de cellules sont essentiellement développés à l’échelle macroscopique et les phénomènes présents à l’échelle microscopique restent peu abordés, en raison de la complexité d’intégration des phénomènes de formation et de croissance de la SEI.

Objectifs - Problématique - Démarche méthodologique

L'objectif principal des travaux est l'élaboration et la validation d'une méthode d’évaluation de la durée de vie des LIBs, avec une prise en compte des phénomènes physiques liés à la SEI. L’objectif à terme est de pouvoir prolonger la durée de vie des cellules et de maximiser leur capacité. La démarche proposée consiste à s’appuyer à la fois sur des tests de vieillissements calendaires et/ou cycliques [3] et sur une modélisation électrochimique [4]. Un modèle de mécanisme de dégradation approprié prenant en compte les phénomènes électrochimiques est nécessaire à la compréhension du processus de vieillissement, en particulier pour pouvoir corréler la diminution de la capacité et l’augmentation de la résistance des cellules à la formation et à la croissance du film mince de la SEI. Les tests de vieillissement nécessitent de suivre et contrôler : 1) les conditions de température (T), de courant (I), d’état de charge (State of Charge - SoC), 2) des indicateurs de vieillissement : capacité (C), impédance (Z), indicateurs multi-paramètres de l’état de santé (State of Health - SoH). En effet, à une température ambiante de 25°C, les batteries lithium-ion subissent des phénomènes de dégradation majeurs qui sont d’une part la délamination de l’électrode négative sous l’effet de changements de volume répétés, d’autre part la dissolution et la modification de la structure cristalline de l’électrode positive [5]. Tandis que pour un vieillissement à une température de 0°C, un dépôt de lithium (lithium-plating) est généré sur l’électrode négative [6]. Par ailleurs, le vieillissement calendaire à des températures hautes (45°C) et à des SoC de 100 % favorise la décomposition de l’électrolyte pour former la SEI. La perte de lithium associée à la croissance de la SEI est donc envisagée [7]. Une première étape du travail de thèse consistera donc à vérifier, en fonction des caractéristiques des cellules de batteries investiguées et suivant les conditions d’essais retenues, la présence ou non de ces phénomènes de dégradation et à les évaluer par des moyens de mesures adaptés. Une fois la méthode de test identifiée et validée, un plan d’expérience devra être conçu et réalisé afin d’établir une loi expérimentale de durée de vie en cohérence avec des profils de missions applicatives. Ensuite, pour compléter l’étude expérimentale, des modélisations analytiques et numériques seront mises en œuvre afin de simuler l’impact des phénomènes de la formation et de la croissance de la SEI de ces cellules, lors du vieillissement. Cela devrait permettre d’établir des liens entre les descriptions électrochimiques de la croissance de la SEI et les applications visant à améliorer le contrôle du processus de fabrication de batteries industrielles. Enfin, en se basant sur les résultats expérimentaux et numériques, un modèle d’optimisation de la durée de vie des cellules de batterie lithium-ion sera proposé.

References

[1] LI, Cong, WANG, Zhen-yu, HE, Zhen-jiang, et al. An advance review of solid-state battery: Challenges, progress and prospects. Sustainable Materials and Technologies, 2021, vol. 29, p. e00297. [2] ALI, Mir A., DA SILVA, Carlos M., et AMON, Cristina H. Multiscale Modelling Methodologies of Lithium-Ion Battery Aging: A Review of Most Recent Developments. Batteries, 2023, vol. 9, no 9, p. 434. [3] IGLESIAS, Eduardo Redondo. Étude du vieillissement des batteries lithium-ion dans les applications" véhicule électrique": combinaison des effets de vieillissement calendaire et de cyclage. 2017. Thèse de doctorat. Université de Lyon. [4] YIN, Litao, GENG, Zeyang, CHIEN, Yu-Chuan, et al. Implementing intermittent current interruption into Li-ion cell modelling for improved battery diagnostics. Electrochimica Acta, 2022, vol. 427, p. 140888. [5] EDGE, Jacqueline S., O’KANE, Simon, PROSSER, Ryan, et al. Lithium ion battery degradation: what you need to know. Physical Chemistry Chemical Physics, 2021, vol. 23, no 14, p. 8200-8221. [6] LIU, Qianqian, DU, Chunyu, SHEN, Bin, et al. Understanding undesirable anode lithium plating issues in lithium-ion batteries. RSC advances, 2016, vol. 6, no 91, p. 88683-88700. [7] HOU, Chen, HAN, Jiuhui, LIU, Pan, et al. Operando Observations of SEI Film Evolution by Mass‐Sensitive Scanning Transmission Electron Microscopy. Advanced energy materials, 2019, vol. 9, no 45, p. 1902675.

Funding category: Contrat doctoral

PHD Country: France

Les nano-particules (NP) de ferrites constituent une classe de matériaux aux multiples applications dans les domaines de la santé¹, de la catalyse² ou encore du stockage de l’information³. Plus récemment, on s'intéresse également à elles pour des applications dans des traitements de dépollution des eaux⁴. Dans ce dernier cas, les propriétés magnétiques des NP sont mises à profit pour séparer les NP, utilisées comme adsorbant, de l’eau traitée.

Il a été montré au LCPME (Laboratoire de Chimie Physique et Microbiologie pour les Matériaux et l’Environnement) que la préparation de magnétite en présence d'un polysaccharide (amidon) conduit à l’obtention d'un matériau hybride constitué de NP fonctionnalisées. La fonctionnalisation inhibe l’agrégation des particules qui conservent une aire spécifique élevée maximisant l’adsorption de polluants. Par ailleurs, la fonctionnalisation s’accompagne d’une modulation des propriétés structurales (réduction de la taille) et magnétiques (superparamagnétisme) des NP.^5,6 Cependant, si l’impact de la fonctionnalisation par des polysaccharides sur les propriétés des NP est bien établi, le rôle de ces polymères dans la formation des NP et les mécanismes à l’œuvre restent essentiellement incompris. La littérature évoque seulement des hypothèses concernant l’impact des polymères sur la nucléation et la croissance des particules d’oxydes de fer impliquant 1) les interactions polymères/ions fer, 2) les interactions polymères/oxydes de fer, 3) la diffusion réduite des ions fer en présence de polymère.

Le sujet de thèse proposé a pour objectif d'apporter une contribution significative à l’élucidation de ces mécanismes pour la rationalisation de l’élaboration de nano-ferrites fonctionnalisées et leur optimisation pour la dépollution des eaux. La stratégie mise en place consistera à faire le lien entre conditions de synthèse, structure et propriétés (magnétique, adsorption) des matériaux obtenus.

La fonctionnalisation par des polysaccharides tels que l’alginate, le chitosan ou le κ-carrageenan sera mis en œuvre afin d’évaluer le rôle respectif de leurs fonctions carboxylate, amine ou sulfonate sur l’obtention de ferrites. L’influence de paramètres de synthèse que sont la quantité de polymère et sa masse molaire permettra d’évaluer le rôle de l’interconnexion des NP via des chaînes polymériques. Il s’agira également de moduler la nature des interactions polymères / cations et polymère / oxyde en ajustant la nature du solvant, la force ionique ou la présence de complexants dans le milieu réactionnel. L’obtention de ferrites de composition variée (M_xFe_3-xO₄, M : Fe, Mn, Cu, Zn, …) sera envisagée.

Les matériaux obtenus seront caractérisés à l’aide des outils structuraux et spectroscopiques (DRX, FTIR, Raman, XPS, spectrométrie Mössbauer ⁵⁷Fe) en s’appuyant sur la plateforme de Spectroscopie et Microscopie des Interfaces (SMI) du LCPME. Enfin, la réactivité des ferrites vis-à-vis d’espèces sondes présentant un intérêt environnemental telles que les ions chromates sera évaluée.

(1)             Noqta, O. A.; Aziz, A. A.; Usman, I. A.; Bououdina, M. Recent Advances in Iron Oxide Nanoparticles (IONPs): Synthesis and Surface Modification for Biomedical Applications. J. Supercond. Nov. Magn. 2019, 32 (4), 779–795. https://doi.org/10.1007/s10948-018-4939-6.

(2)             Rezlescu, N.; Rezlescu, E.; Popa, P. D.; Doroftei, C.; Ignat, M. Scandium Substituted Nickel–Cobalt Ferrite Nanoparticles for Catalyst Applications. Appl. Catal. B Environ. 2014, 158–159, 70–75. https://doi.org/10.1016/j.apcatb.2014.03.052.

(3)             Dai, Q.; Nelson, A. Magnetically-Responsive Self Assembled Composites. Chem. Soc. Rev. 2010, 39 (11), 4057. https://doi.org/10.1039/b812669k.

(4)             Rakotomalala Robinson, M.; Coustel, R.; Abdelmoula, M.; Mallet, M. As(V) and As(III) Sequestration by Starch Functionalized Magnetite Nanoparticles: Influence of the Synthesis Route onto the Trapping Efficiency. Sci. Technol. Adv. Mater. 2020, 21 (1), 524–539. https://doi.org/10.1080/14686996.2020.1782714.

(5)             Rakotomalala Robinson, M.; Abdelmoula, M.; Mallet, M.; Coustel, R. Starch Functionalized Magnetite Nanoparticles: New Insight into the Structural and Magnetic Properties. J. Solid State Chem. 2019, 277, 587–593. https://doi.org/10.1016/j.jssc.2019.06.033.

(6)             Rakotomalala Robinson, M.; Abdelmoula, M.; Mallet, M.; Coustel, R. The Role of Starch in Nano-Magnetite Formation: A Spectrometric and Structural Investigation. Mater. Chem. Phys. 2023, 297, 127285. https://doi.org/10.1016/j.matchemphys.2022.127285.

Funding category: Contrat doctoral

PHD Country: France

Contexte scientifique. Les émetteurs quantiques dans des matériaux en couches semi-conducteurs bidimensionnels (2D) se développent rapidement et constituent l'un des éléments de base les plus prometteurs pour les technologies quantiques de nouvelle génération [1,2,3]. De plus, ces systèmes qbits présentent un grand intérêt pour les expériences fondamentales d’optique quantique. En effet, ces défauts optiquement actifs ou excitons confinés héritent de propriétés exceptionnelles de leurs hôtes 2D, qui présentent une grande flexibilité mécanique, une intégration facile dans des puces photoniques et une capacité à être empilés avec d'autres matériaux 2D (2DM) pour former des architectures de dispositifs innovantes.

Projet de doctorat. Au sein de l'équipe, des progrès importants ont été réalisés d'une part concernant le traitement et l'identification des défauts radiatifs dans le nitrure de bore hexagonal [6], et d'autre part, dans le développement d'une expérience de pointe combinant microscopie optique et non ultrarapide. -spectroscopie cohérente linéaire (voir fig.). Ce dernier permet de sonder optiquement et de manipuler des superpositions quantiques d'états au niveau d'un système unique avec une résolution spatiale (~ 500 nm) et temporelle (100 fs) [4,5]. Dans ce contexte, nous recherchons un étudiant motivé pour étudier l'interaction lumière-matière médiée entre des défauts radiatifs ou des excitons confinés dans des hôtes 2D, couplés à des nanostructures photoniques, afin d'adapter leurs propriétés optiques. Le projet de thèse comporte de multiples aspects. 1) Synthèse de matériaux 2D de nouvelle génération. 2) Caractérisation statique des émetteurs quantiques par spectroscopie de micro-photoluminescence, allant de la cryogénie à la température ambiante. 3) Etude des propriétés quantiques à l'aide de l'expérience résolue en temps de pointe mentionnée ci-dessus. 4) Compréhension et modélisation des mécanismes de décohérence de systèmes excitoniques confinés entourés d'environnements photoniques et cristallins 2D.

Possibilité de financement. Cette proposition de recherche fait partie des sujets de thèse prioritaires à l'école doctorale 182 de Strasbourg. D'autres sources de financement de doctorat, basées sur les bourses de PI, peuvent également être envisagées.

[1] I. Aharonovitch, ; Toth, M. Émetteurs quantiques en deux dimensions. Sciences 358 (6360), 170-171 ( 2017 ) .

[2] A. Kubanek. Émetteurs quantiques cohérents dans le nitrure de bore hexagonal. Adv Quantum Tech 5 (9), 2200009 ( 2022),

[3] Vasconcellos et al. Émetteurs de photons uniques dans des matériaux de Van Der Waals en couches. Physica Statut Solidi (b) ( 2022 ).

[4] F. Fras et al. Contrôle cohérent multi-ondes d'un émetteur unique à l'état solide. Nature Photonique 10, 155-158 (2016).

[5] D. Wigger et al. Explorer la cohérence des excitons individuels dans les points quantiques InAs. Phys . Rév. B 96, 165311 (2017)

[6] M. Islam et al. Analyse statistique à grande échelle de l'émission de défauts dans le hBN : révélation des familles spectrales et influence de la morphologie des flocons. http://arxiv.org/abs/2309.15023 (2023) .

Catégorie de financement : Contrat doctoral

Pays du doctorat : France