Le groupe BioElectronique s’est formé en 2009, rassemblant deux thématiques préalablement existantes (Bioélectromagnétisme et Réseaux de Neurones sur Silicium) à l’IMS. Ses membres ont été rassemblés sur un site unique en 2013. Le groupe est maintenant structurée en trois équipes (Bioélectromagnétisme, BIOEM;  Électronique à l’Interface avec la Biologie, ELIBIO ;  Architecture de Réseaux de Neurones sur Silicium, AS2N), dont les chercheurs et enseignant-chercheurs relèvent de l’INSIS, mais aussi de l’INB. Leurs travaux de recherche sont pluri-disciplinaires, à l’interface entre la physique, l’électronique, la biologie et la médecine.

Un des thèmes fédérateurs de l’équipe Bioélectronique est l’approche « temps réel et boucle fermée pour les applications humaines et biologiques ».

Une démarche commune est appliquée au travers des trois phases de la boucle fermée :

1) acquisition de données physiologiques en temps réel,

2) traitement et interprétation de ces données,

3) décision et stimulation (cellule, organe, organisme, animal, humain)

Le choix des méthodes et technologies de traitement des signaux se porte prioritairement sur les traitements et calculs neuro-inspirés. Cette démarche de symbiose entre l’élément biologique et l’élément artificiel du système réalisé permet d’optimiser les performances des systèmes réalisés en terme notamment de robustesse et de consommation.

Chaque thématique de BioElectronique est experte sur certains éléments de la boucle fermée (voir figure ci-dessus), mais la majorité des collaborations inter-thématiques ou avec des laboratoires extérieurs permettent à l’équipe de traiter la boucle fermée complète.

Créé en 1971, le GRAI est un laboratoire à part entière jusqu’en 1991 date à laquelle il devient une opération scientifique du LAP (puis UMR 5131 LAPS). Le 1er janvier 2007, le GRAI devient le groupe Productique d’IMS.

Le groupe Productique (ou équipe productique au sens de HCERES) est animé comme une seule entité et déploie des activités de recherche-amont, de valorisation des résultats de recherche dans le milieu économique, et de formation de chercheurs et de cadres pour l’industrie. 

La recherche-amont est structurée en trois thématiques scientifiques qui représentent les champs de compétences établis sur la durée et constituent l’ossature du schéma scientifique. Les thématiques sont animées spécifiquement. Les sujets de thèse peuvent être intra ou inter-thématiques.

Les trois thématiques scientifiques sont :

• Modélisation d’Entreprise et Ingénierie (MEI) animée par David Chen
• Pilotage des Systèmes de Production (PSP) animée par Rémy Dupas
• Ingénierie de la Conception (ICO) animée par Philippe Girard (et Marc Zolghadri de sept 2010 à sept 2012)

A travers ces trois thématiques complémentaires, le groupe productique a pour objectif scientifique de fournir des concepts et outils pour intervenir sur les systèmes de production suivant trois maîtres mots qui sont modélisation, performance et conduite. La principale évolution de ce contrat a été de considérer très fortement les systèmes distribués.

Depuis le début du contrat, le groupe a souhaité mettre aussi en avant dans son schéma scientifique des domaines d’application privilégiés, même si notre recherche ne s’interdit en rien de s’inscrire dans tous les domaines de la production de biens et de services :

• Manufacturier
• Services
• Transport

Concernant les domaines applicatifs, la volonté du groupe a été de ne pas relier une thématique à un domaine d’application mais que ces domaines soit réellement transverses.

Le domaine manufacturier a toujours été largement couvert par la recherche du groupe mais la nouveauté de ce contrat a été de développer nos recherches dans le domaine des transports et des services.

Concernant l’axe transport, l’objet d’étude principal s’est dans un premier temps concentré sur la recherche de cohérence au niveau des processus de décisions de planification, qui sont par nature distribués et qui lient manufacturiers et prestataires de transport en charge d’acheminer les produits à leurs destinataires.

L’extension des travaux à l’étude de l’interopérabilité des systèmes d’information de ces mêmes prestataires, à la rationalisation de l’organisation du transport routier, s’est imposée par la suite. 

Hormis ceux détaillés dans la thématique PSP, les points saillants de cette activité se traduisent sur la période par différentes réalisations ou études :

1. Le projet PRODIGE (2009-2013) – Routage de Produits Intelligents. Ce projet a permis le développement d’une solution organisationnelle, technique (RFID, GPS, 3G) et logicielle (portail web) visant à instrumenter le transport routier, à des fins d’optimisation de flux. La singularité de l’approche ainsi développée réside dans la prise en compte du concept de transbordement « opportuniste », soit l’aptitude d’une charge transportée à « changer » de véhicules de manière impromptue lors de son acheminement, à des fins d’optimisation de performances.
2. Des travaux conjoints avec la thématique MEI ont été réalisés dans le cadre du projet NOSCIFEL ayant pour ambition de créer un puits de données rendant les différents acteurs d’une chaîne de transport interopérables. Des travaux, en collaboration avec l’EIGSI La Rochelle, ont visé à proposer un outil d’aide à la décision pour formaliser une démarche participative tout au long de la conception d’un projet de transport urbain durable, dans un contexte multicritères et multi acteurs.

Enfin, concernant l’axe service, les travaux entrepris depuis plusieurs années ont permis de se familiariser avec le concept de service, d’en cerner les tenants et aboutissants et de mettre en lumière les spécificités des problématiques de conception /ingénierie, pilotage, modélisation et mesure de performance des services. Dans ce cadre, le projet scientifique s’articule en deux axes sectoriels et un axe théorique : 1/ orientation service des entreprises industrielles et « servicisation » (PSS), 2/ domaine des services purs avec application à la santé et 3/ modélisation générique des services par le biais d’études théoriques et le retour des études sectorielles.

Les activités du Groupe Signal et Image (GSI) de l'IMS, organisées selon les deux thèmes Spectral (méthodes Statistiques pour les CommunicaTions numériques, le RAdar et la Localisation) et Motive (MOdèles Texture Images VolumEs), relèvent d’une recherche fondamentale et appliquée s’inscrivant dans des partenariats académiques et industriels pérennes. Elles ont pour objectif la conception d’algorithmes avec a priori pour le traitement avancé du signal au sens large. Les travaux menés, où modélisation, inférence, optimisation et échantillonnage sont omniprésents, concernent des sujets impliquant des aspects multi-échelles, multi-dimensionnels, statiques ou dynamiques. Les thématiques, sur lesquelles le GSI s’est engagé au cours du dernier quadriennal, visent la résolution de problèmes inverses notamment dans le cas de données incomplètes, la caractérisation, le filtrage, la prise de décision optimale et la transmission de l’information. Elles se trouvent aujourd’hui au cœur de nombreuses préoccupations de la communauté nationale et internationale.

Les activités du Groupe Signal et Image (GSI) de l'IMS, organisées selon les deux thèmes Spectral (méthodes Statistiques pour les CommunicaTions numériques, le RAdar et la Localisation) et Motive (MOdèles Texture Images VolumEs), relèvent d’une recherche fondamentale et appliquée s’inscrivant dans des partenariats académiques et industriels pérennes. Elles ont pour objectif la conception d’algorithmes avec a priori pour le traitement avancé du signal au sens large. Les travaux menés, où modélisation, inférence, optimisation et échantillonnage sont omniprésents, concernent des sujets impliquant des aspects multi-échelles, multi-dimensionnels, statiques ou dynamiques. Les thématiques, sur lesquelles le GSI s’est engagé au cours du dernier quadriennal, visent la résolution de problèmes inverses notamment dans le cas de données incomplètes, la caractérisation, le filtrage, la prise de décision optimale et la transmission de l’information. Elles se trouvent aujourd’hui au cœur de nombreuses préoccupations de la communauté

nationale et internationale.

Les activités du groupe Automatique s'articulent autour de trois thématiques :

• Thématique 1 : « Approche Robuste et Intégrée de l'Automatique », menée par l’équipe ARIA et animée par David HENRY ;
• Thématique 2 : « Systèmes à Dérivées Non Entières », menée par l’équipe CRONE et animée par Pierre MELCHIOR ;
• Thématique 3 : « Flatness and Fault Tolerant Guidance », menée par l’équipe FFTG et animée par Franck CAZAURANG.

Le groupe ‘Conception’ du Laboratoire IMS s’appuie sur 3 équipes (dénommées CAS, CSH et CSN) dédiées à la conception de circuits numériques, analogiques et radiofréquences. Il forme une puissante force de travail complémentaire permettant de proposer des solutions totalement intégrées de systèmes électroniques complexes. Cette équipe est composée de 6 Professeurs, 8 Maitres de Conférences, 30 doctorants, 1 IGE et 1 IR. Ci-dessous sont résumés les activités majeures et les faits marquants de ce groupe :

• Réalisation du SASP (Sampled Analog Signal Processing) dans le système récepteur et de solutions originales pour l'émetteur, à savoir le système 'Pompe de Riemann' et 'Emetteur de Walsh' pour générer un ou plusieurs signaux modulés sur de très larges bandes.
• Développement d'un principe original de démodulation radio nommée « MOOD », permettant de réduire d’un facteur 10 la consommation en puissance par rapport à des solutions du commerce. Ce récepteur d’un nouveau genre, présente également l’intérêt d’être compatible avec 2 types de modulations les plus répandues dans les WSN: Fréquence (FSK) et Amplitude (OOK).
• Réalisation d’un circuit de récupération d’horloge et de données à 100GB/sec en technologie 130 nm BiCMOS SiGe de STMicroelectronics.
• Conception d’amplificateurs de puissance RF et mmW pour les applications LTE (collaboration STE),WiGig (Cifre labo commun ST/IMS), RADAR bande X/bande Ku, UWB en utilisant des technologies CMOS, CMOS SOI, SiGe, GaN.
• Développement de techniques de linéarisation et d’amélioration du rendement telles que Doherty, boucle cartésienne, Envelop Tracking ...
• Conception de filtres passifs en technologie BAW et de filtres actifs en technologie AsGa et GaN.
• Développement de méthode d'extraction de paramètres pour la modélisation de Convertisseurs analogique-numérique (CAN) et numérique-analogique (CNA)
• Implantation d'une structure de CAN par entrelacement avec algorithme de correction.
• Implantation de la boucle cartésienne numérique pour la linéarisation de PA
• Implantation d'une méthode originale pour la linéarisation d'un ADC folding

Les enjeux : la maîtrise de la fiabilité constitue un enjeu fondamental pour des équipements électroniques isolés comme pour ceux intégrés dans un système. Elle permet de réduire les coûts d’usage (enjeux économiques), d’améliorer les rendements (enjeux écologiques), de réduire l’apparition des défauts précoces et de gérer la prédiction de pannes (enjeu : sûreté de fonctionnement). L’ensemble de ces enjeux est abordé par les activités du groupe Fiabilité dans une approche du composant au système.

Le contexte : les performances des composants, des assemblages et des systèmes ne cessant de s’améliorer et leur densité d’intégration de s’accroître, les domaines technologiques adressés par le groupe « Fiabilité » concernent l’étude de la fiabilité des modules destinés à l’électronique embarquée à tous les niveaux d’intégration, du silicium jusqu’au système opérationnel. Il est de ce fait fortement pluridisciplinaire et multidomaine (multiphysique, mutlitemporel, multimatériaux et multiéchelle).

Les objectifs : l’expertise du groupe et ses travaux sont centrés sur le développement de nouvelles approches de la fiabilité des composants et systèmes électroniques destinés à un environnement embarqué. Ces activités permettent de réaliser les objectifs suivants : maîtrise de l’interaction entre le dispositif et son packaging, évaluation de l’impact des contraintes électromagnétiques sur la fiabilité des composants et systèmes, maîtrise de la robustesse des composants semi-conducteurs de puissance et des nouveaux systèmes de stockage d’énergie, rédaction de nouvelles normalisations pour la qualifications de composants ou systèmes dans un environnement donné, développement de modèles de vieillissement et intégration de la fiabilité dans le processus de prototypage virtuel.

Les moyens : les méthodologies originales mises en œuvre par le groupe sont basées sur une approche théorique par simulations multi-domaines, d’une part, et expérimentale, par des caractérisations de matériaux, des assemblages et de leur vieillissement pour la paramétrisation des modèles, d’autre part.

Les thématiques :  Les travaux du Groupe FIABILITE se structurent autour d’actions scientifiques identifiées dans 4  thématiques :

• Fiabilité des assemblages et dispositifs innovants en environnement contraint et sévère
• Fiabilité des nouveaux systèmes de stockage d’énergie
• Fiabilité des dispositifs face aux interférences électromagnétiques non-intentionnelles et intentionnelles
• Fiabilité des composants grand gap

Fiabilité des assemblages et dispositifs innovants :

L’évolution des technologies permet le développement de dispositifs innovants très fortement intégrés. On peut citer le développement d’architecture 3D pour des modules de puissance 3D, aux performances thermiques doublées pour un volume de convertisseur réduit rendu plus intégrable, avec une réduction notable des inductances parasites, le tout pour un coût réduit. A d’autres facteurs d’échelle, le développement de dispositifs microélectroniques 3D à très haute densité d’intégration est également en plein essor avec une intégration dans les systèmes complexes et fortement hétérogènes, source d’innovation pour de multiples applications (IoT, biomedical...). Par ailleurs, le déploiement de l’électronique dans des environnements de plus en plus variés souvent fortement contraints et sévères, nécessite de prendre en compte de façon rigoureuse et méthodologique les conditions opérationnelles des systèmes afin d’en garantir la durée de vie attendue. Pour tous ces dispositifs, le haut niveau de fiabilité requis constitue un véritable enjeu auquel nous souhaitons répondre par la mise en œuvre de nouvelles approches de modélisation et de caractérisations expérimentales.

Fiabilité des nouveaux systèmes de stockage d’énergie

Face à la progression des véhicules électriques et hybrides, des sources renouvelables et des dispositifs de récupération, la fiabilité du système de stockage d’énergie doit être maîtrisée pour garantir les performances et la sureté de fonctionnement tout au long du vieillissement lié à l’usage. L’estimation de sa durée de vie vise également à tirer le meilleur parti des ressources en matériaux qui sont comptées. La modélisation des mécanismes de dégradation et des modes de défaillances joue un rôle essentiel mais demande encore aujourd’hui, pour chaque nouvelle technologie batterie par exemple, des essais longs et coûteux pour la caractérisation détaillée des cellules à l’état neuf et pour les tests de vieillissement accéléré. Notre objectif est donc de raccourcir cette phase de caractérisation pour la modélisation de manière à pouvoir réellement utiliser la simulation dans une procédure itérative de conception complète d’un système de stockage avant qu’il ne soit produit. Cette approche repose sur la mise en œuvre d’un modèle performant reproduisant le comportement mécanique, électrique, thermique de la cellule élémentaire avec son vieillissement. Elle s’accompagne de propositions pertinentes de méthodes de détermination précise des états de charge et de santé ainsi que d’estimation de la durée de vie.

Fiabilité des dispositifs face aux interférences électromagnétiques non-intentionnelles et intentionnelles

Avec l’augmentation du nombre de modules électroniques dans les systèmes (objets connectés pour les grands domaines d’application d’avenir : les véhicules autonomes, l’avion plus électrique, la santé connectée, les villes connectées…) et de la disponibilité des sources impulsionnelles (inférieures au GHz), microondes de « forte puissance » (quelques GHz) et millimétrique (de quelques dizaines à quelques centaines de GHz), la probabilité que des scénarios associant des interférences électromagnétiques intentionnelles ou non « basses et hautes fréquences » et des systèmes électroniques devient de plus en plus importante. Notre objectif est donc d’étudier le comportement des systèmes électroniques, pouvant aller d’un simple brouillage à leur destruction définitive, face à ces interférences, et de développer de nouveaux bancs expérimentaux et de nouveaux modèles de simulation pour améliorer la sécurité des dispositifs électroniques.

Fiabilité des composants grand gap

La thématique « Fiabilité des composants grand gap » s’intéresse à l’identification et la modélisation des effets parasites de fonctionnement et des mécanismes de dégradation des dispositifs actifs à large bande interdite dédiés à l’intégration de fonctions RF, micro-ondes et de puissance. Les actions de recherche contribuent à l’optimisation des procédés d’intégration de technologies émergentes, et de leur fiabilité. Les études concernent en particulier l’analyse comportementale sous contrainte des dispositifs HEMTs à base de nitrure de gallium en vue d’effectuer des choix technologiques et/ou d’évaluer les limites fonctionnelles des dispositifs. En effet, ces technologies demandent encore des efforts importants pour optimiser leurs performances, la fiabilité restant un point critique pour le l’avenir de cette filière. Dans cet objectif, nous mettons en œuvre des techniques de caractérisation électrique et physique pour l’évaluation des anomalies de fonctionnement de ces technologies et des tests de vieillissement accéléré pour évaluer leur robustesse et leur fiabilité.

Les objets de la recherche de l'équipe Nanoélectronique concernent les composants émergeants comme le transistor à nanotube de carbone, le Graphene-FET, les transistors hyperfréquences (SiGe et III-V) et les circuits à base de technologies avancées. Les thèmes clés sont la caractérisation électro-optique, l'analyse de défaillances et la fiabilité, la caractérisation hyperfréquences et la modélisation compacte. Les méthodes de recherche sont communes à toutes les actions : à partir d'une analyse physique, souvent appuyée par les outils de simulation de type éléments finis, les phénomènes observés sont étudiés, approfondis et expliqués. L'équipe s'appuie sur deux plateformes technologiques très avancées (Atlas et Nanocom). Un juste équilibre entre le caractère fondamental et le caractère appliqué des recherches permet à l'équipe de répondre aux enjeux stratégiques définis par le laboratoire.

Trois thématiques sont développées au sein de l'équipe Nanoélectronique :

• Test et analyse par faisceaux laser et terahertz , Responsable : Jean Paul Guillet
• Modélisation compacte et caractérisation des dispositifs électroniques, Responsable : Cristell Maneux

Vers des systèmes multiphysiques multi-technologies communicants et durables.

Le groupe ONDES au sein du laboratoire IMS

Le groupe ONDES réunit depuis novembre 2015 les équipes des groupes Microsystèmes et Matériaux, pour mener des travaux allant de l'intégration de matériaux innovants à l'étude, la réalisation, la caractérisation et l'évaluation de la fiabilité de dispositifs et plateformes pour un spectre large d'applications, en privilégiant la détection acoustique, la photonique et les hyperfréquences. Les mécanismes physiques sont au cœur des problématiques des équipes dans la mise en œuvre des matériaux, le développement de dispositifs et leur caractérisation en interaction avec un environnement contrôlé. La nouvelle constitution du groupe lui permet aujourd'hui d'orienter un volet de sa politique scientifique vers l'étude de dispositifs de détection innovants compatibles avec la perspective d’un environnement numérique adapté aux besoins du futur, et visant le développement de réseaux de capteurs. Des applications dans les domaines de la santé, l’environnement, l'agriculture, l'industrie du futur ou l’énergie sont particulièrement ciblées, avec des retombées potentielles dans de nombreux secteurs d’activités. Trois thèmes directeurs ont été définis:

• Microdispositifs Photoniques, Electromagnétiques, Acoustiques
• Capteurs multi physiques communicants
• Systèmes de micro-énergie sans fil

Pour mener à bien ces travaux, les équipes impliquées interagissent de manière fortement inter- et pluri-disciplinaire (matériaux, physique, chimie, biologie, médecine…) avec des partenaires académiques et industriels, au travers de projets couvrant de manière équilibrée un large spectre du fondamental à l’applicatif (Région Aquitaine, ANR, FUI, Europe). Dans ce cadre, nous sommes fortement impliqués dans les Laboratoires d'Excellence (AMADEus, LAPHIA) de Bordeaux, ainsi que dans plusieurs actions des programmes de site qui les remplacent et sont en phase de démarrage en 2022 (Grands Programmes de Recherche, Réseaux de Recherche Impulsion), qui regroupent des équipes de différentes unités de recherche du site.

Le groupe s’appuie sur des plateformes technologiques pour la réalisation et la caractérisation, notamment: les centrales TAMIS (Technologies Alternatives aux Microsystèmes Silicium, moyens en salle blanche) et OpERaS (évaluation de la fiabilité de dispositifs optoélectroniques et photoniques) et la cellule A2M (Atelier Matériaux & Micro-ondes) de IMS transfert.

Exemples de projets récents ou en cours:

• Détection de biomarqueurs de cancer par SAW et polymère à empreinte moléculaire (ANR TECSAN CancerSensor)
• MicroRésonateurs Optiques (OMR) organiques et microfluidique digitale (EWOD) pour détection environnementale (Université de Bordeaux, Région Aquitaine, Bordeaux INP)
• Détection de métaux lourds par SAW et film hybride micro-organismes vivants sur multicouche polyélectrolyte (CMCU Utique)
• Détection en milieu gaz-liquide par dispositif SAW et matériaux carbonés nanostructurés (Graphène, nanotubes de carbone CNTs) (Merlion CINTRA; Univ.Bordeaux/LAAS-CNRS/FORTH/Univ.Valence)
• Capteurs électromagnétiques radiofréquence imprimés sur flexible (papier, kapton) pour la détection de vapeurs (ANR Blanc CAMUS)
• Système implantable autonome et communication sans fil associée (UB - LabEx AMADEus)
• Polymères à cristaux liquides (LCP) pour le packaging innovant (FUI MICROPLAST)
• Matériaux et nanomatériaux hybrides (organiques/inorganiques) pour composants passifs enterrés (Région Aquitaine ECOPACEM)
• Structuration de matériaux pour la photonique et étude du vieillissement prématuré (ANR-LabEx LAPHIA EXOLAS)
• Optimisation du management thermique de cristaux laser (FUI13 VESUVE)
• Fiabilité de diodes laser pour des applications télécom à très haut débit (BPi-France VERTICAL, 3 thèses)
• Modélisation et analyse d'interconnexions de type TSV pour l'électronique 3D (EU CATRENE Master_3D)

EMPLOIS

Emplois / Job position

ANIMATION / EVENEMENTS

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