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Mécanique Appliquée : Etude et modélisation du comportement du lit de poudre d’hydrure métallique pour le stockage d’hydrogène

Descriptif de la thèse :

Le DMA (Département de Mécanique Appliquée) est investi sur la thématique du stockage d’hydrogène depuis 20 ans, dans le domaine de la mécanique et des sciences des matériaux, activités intégrées aujourd’hui dans l’équipe Mat’éco pour Matériaux pour la transition écologique. Les principales thématiques envisagées concernent les voies de stockage sous forme compressée (enroulement filamentaire, matériaux composites) et sous la forme dite ‘solide’(par formation d’hydrures métalliques). 

Profil demandé:

Le candidat recherché aura de bonnes bases en mécanique et en sciences des matériaux. Au cours de ces 3 années de doctorat, il devra utiliser et développer ses compétences pour les caractérisations expérimentales, mais devra surtout s’impliquer dans la mise en œuvre de l’outil DEM (Yade). Nous attendons donc un candidat ayant des prédispositions et un goût avéré pour la modélisation numérique et le développement de code, la maîtrise de l’environnement Linux est un plus. L’ouverture et l’implication sont des atouts majeurspour la réussite.

ENERGIE : Etude de l’interaction entre la pile à combustible et le convertisseur statique en cas de défaillances électrique ou électrochimique : modélisation, diagnostique et contrôles robuste et tolérant aux fautes

Sujet de thèse : Les véhicules électriques à pile à combustible (FCEV) utilisent la pile à combustible à membrane échangeuse de protons (PEMFC) comme principale source d'énergie et d’un système de stockage d’énergie (batterie ou super-condensateurs) pour fournir de l'électricité. Pour améliorer la durée de vie des piles à combustible et réduire le coût des FCEV, un convertisseur de puissance à haute efficacité, basé sur des composants grand gap (GaN ou SiC selon les niveaux de tensions et la puissance envisagés) et à fiabilité renforcée est essentiel pour relier la PEMFC au bus continu du véhicule. 

Mots clés : Pile à Hydrogène, Electronique de puissance, Semiconducteurs GaN, Diagnostic, Banc et Essais expérimentaux

Profil du candidat : Candidat.e ayant des connaissances larges en électronique de puissance et des piles à hydrogène dans le cadre de l’électro-mobilité

TF : CIFRE Horloge atomique à cellule de Cs compacte de haute-performance

Le sujet de la thèse s’inscrit dans le contexte décrit ci-dessus. Cette thèse CIFRE, à la frontière recherche-industrie, implique la contribution deThales AVS-MIS et le laboratoire FEMTO-ST, et s’inscrit dans un programme ambitieux visant à permettre la valorisation industrielle et le déploiement futur d’une horloge atomique à cellule de césium CPT de haute performance.L’objectif majeur de la thèse sera d’explorer, par le biais d’une caractérisation métrologique poussée et de travaux de réduction de volume de l’horloge, les performances ultimes de ce type d’horloge sur des temps d’intégration supérieurs à 10000 s.

FEMTO-ST et Thales AVS-MIS :

Cette thèse CIFRE, à la frontière recherche-industrie, implique la contribution deThales AVS-MIS et le laboratoire FEMTO-ST.Le (la) candidat(e) sera rattaché(e) à l’Ecole Doctorale SPIM de l’Université Bourgogne Franche-Comté (https://spim.ubfc.fr/).

Profil recherché:Le (la) candidat(e) doit être titulaire d’un diplôme d’ingénieur ou Master 2. Il (elle) doit porter un intérêt majeur pour la physique appliquée et sciences pour l’ingénieur en général, la physique expérimentale et un goût marqué pour les mesures de précision. Une expérience (stage, travaux pratiques au cours de la formation) avec la conception et simulation mécanique-thermique-magnétique de systèmes sera un vrai point fort. De bonnes connaissances en électronique (analogique-numérique), instrumentation, programmation pour le pilotage d’expérience (langage Python fortement souhaité), optique sont des requis importants. Des connaissances dans les domaines de la physique atomique sont un véritable atout.Il (elle) doit apprécier le travail en équipe.Le (la) candidat(e) cherchera à valoriser ces travaux par des brevets, publications scientifiques et présentations à des conférences internationales.

TF : Référence de fréquence optique à microcellule de vapeur alcaline de haute stabilité

Mots-clefs : Horloges atomiques optiques miniatures, microcellule alcaline, métrologie temps-fréquence

L'interrogation d'un ensemble d'atomes en phase vapeur au sein d’une cellule de dimensions millimétriques a permis au cours de la dernière décennie la démonstration et le développement d’une grande variétés d’instruments quantiques miniatures de haute sensibilité et de grande précision [1], incluant en particulier des références de fréquence ultra-stables faible consommation dites micro-horloges atomiques [2]. Ces horloges atomiques microondes miniatures, devenues aujourd’hui commerciales [3,4], sont très attractives pour une multitude d’applications industrielles et stratégiques par leur aptitude à combiner un volume total de l’ordre de 15 cm3, une puissance de consommation de 150 mW et une stabilité relative de fréquence de l’ordre de 10-11 à 1 journée d’intégration.

Localisation : FEMTO-ST (Besançon, France)

Profil demandé : Le (la) candidate doit avoir pour diplôme un Master 2 ou équivalent ou un diplôme d’une Ecole d’Ingénieurs. Le (la) candidat(e) doit porter un intérêt majeur pour les disciplines de la physique appliquée en général. Une formation lui ayant permis d’acquérir des connaissances, voire un peu d’expérience (par des travaux pratiques par exemple) avec la salle blanche et les technologies MEMS est un réel atout. Des connaissances dans les domaines de la physique atomique, instrumentation-programmation, optique, électronique et conception mécanique sont des atouts. Il (elle) devra apprécier le travail en équipe.

Mécanique Appliquée : Optimisation, fabrication et caractérisation de stratifiés hybrides bois / composites à fibres naturelles

Cadre de la thèse : Le travail s’inscrit dans le cadre du projet structurant transverse ISITE BFC  WooFHi (Wood/natural Fiber High homogeneity/performance composite) portés par trois laboratoires de Bourgogne Franche-Comté (LaBoMap – Cluny, FEMTO-ST – Besançon, DRIVE – Nevers). Ce projet vise à optimiser et homogénéiser des matériaux hétérogènes et variables à base de bois par stratification et hybridation avec des composites à fibres naturelles. Les applications structurales visées concernent le domaine du transport.

Contexte : Dans le domaine du bois, une des méthodes permettant de mieux maîtriser les propriétés mécaniques des structures est de recourir à des matériaux reconstitués, tels par exemple que les CLT (Cross Laminated Timber) ou LVL (Laminated Veneer Lumber). Dans ce dernier cas des fines couches de bois (placages) sont obtenues par déroulage d’un billon, et assemblées pour obtenir des propriétés homogénéisées. Mais même dans ce cas, les performances mécaniques restent très variables comparées aux matériaux de synthèse, et leur utilisation nécessite le recours à des coefficients de sécurité élevés. Ceci limite leur possibilité d’emploi dans des domaines tels que le transport où le dimensionnement doit être réalisé au plus juste en termes de poids/volume.

Durée : 3 ans - Démarrage au 1er Octobre 2021

Lieu : Université de Bourgogne Franche-Comté. Les travaux se dérouleront au sein des deux laboratoires partenaires, DRIVE (https://drive.u-bourgogne.fr/) et FEMTO-ST (www.femto-st.fr), sur les sites de Nevers (principalement) et Besançon.

Contact: 

Envoyer un dossier pdf contenant CV, lettre de motivation, relevés de notes niveaux L3, M1, M2 (effectif et rang), lettres de recommandation, contacts… avant le 15/06/2021 à :

Jérôme Rousseau – jerome.rousseau@u-bourgogne.fr

+ d'infos :
Icône PDF offre_these_woofhi_drive-femto_en.pdf

AS2M : "Modélisation et commande de robots déformables (soft robots) à base de polymères électroactifs : une approche hamiltonienne à ports

Contexte/ Objectif :
Cette thèse se déroulera au sein du département AS2M (Automatique et Systèmes Micro-Mécatroniques) de l'institut FEMTO-ST à Besançon. L'objectif de la thèse est la conception, la modélisation et la commande des robots mous à l'aide d'actionneurs de type polymères diélectriques, en utilisant le formalisme Hamiltonien à ports

Description détaillée :

Dans cette thèse on s'intéresse à la modélisation et à la commande de robot déformables, ou robots mous (soft robots) actionnés à l’aide de polymères électroactifs. Les polymères électroactifs ou Dielectric Electo-Active Polymers (DEAP) ont connu un essor tout particulier ces dernières années. Ils ont attiré l’attention de la communauté roboticienne grâce à leurs différents avantages : large déformation, réponse rapide, efficacité énergétique, matériaux à bas coût. Les caractères multi-physique, non-linéaires et à paramètres distribués (le système est régi par des Équations aux Dérivées Partielles (EDP)) des systèmes étudiés motive l'utilisation du formalisme Hamiltonien à ports, tant pour la modélisation que pour la synthèse de lois de commande.

Veuillez trouver plus de détails dans le fichier joint.

Encadrants :

Pr. Yann Le Gorrec, Dr Yongxin Wu, Dr Kanty Rabonorosa

 

Mécanique Appliquée : Compréhension des mécanismes à l’origine de la perception tactile de surfaces micro-texturées

Contexte : La plupart de nos interactions quotidiennes avec l'environnement sont basées sur l'exploration tactile. La perception tactile repose sur la stimulation des mécanorécepteurs de la peau et sur le traitement de la réponse induite par le cerveau. Jusqu'à présent, seules quelques recherches ont été consacrée à découvrir la cascade de l’ensemble de la « chaîne de perception », c'est-à-dire depuis les stimuli mécaniques, via la conversion et la transmission du signal, jusqu'aux processus neuronaux d'ordre supérieur liés à l'interaction du corps humain avec la surface touchée. Curieusement, la plupart des recherches menées dans le domaine du contrôle sensorimoteur a ignoré les caractéristiques mécaniques de la surface en contact avec le corps. Parallèlement, la plupart des recherches dans les domaines de l'ingénierie et de la mécanique des surfaces a ignoré les mécanismes cérébraux impliqués dans le traitement des « inputs » tactiles. Ceci constitue une limitation sévère dans la compréhension du sens du toucher.

Description de la thèse : Ce travail de doctorat s'inscrit dans le cadre du projet ANR COMTACT regroupant 6 laboratoires et dont l’objectif est de « déchiffrer » comment le cerveau construit la perception tactile en fonction des stimuli mécaniques et des réponses des mécanorécepteurs cutanés. Le doctorat proposé, bilocalisé Femto-ST / LaMCoS (INSA-Lyon), concerne l’identification de descripteurs mécaniques pertinents pour la perception tactile de surfaces micro-texturées, et débutera en septembre 2021.

Toutes les informations utiles pour postuler sont précisées en pièces jointes.

MN2S : Comportement et durabilité de la cellule électrochimique en céramique protonique (PCEC) intégrée dans une pile

Contexte: Pour assurer la transition énergétique, l'utilisation de l'hydrogène comme vecteur énergétique apparaît comme une solution incontournable. La production d'hydrogène vert par l'utilisation du processus d'électrolyse empêche la formation de gaz CO2. Dans ce contexte, l'électrolyseur à oxyde solide, qui présente un rendement élevé, est considéré comme des méthodes de production prometteuses [1].

Description de la thèse: Les travaux réalisés au cours de cette thèse s'appuieront sur les réalisations de l'ICB dans la fabrication de cellules pour les applications PCFC et PCEC et la gestion des tests électrochimiques. Trois domaines principaux seront abordés.

La première impliquera la mise en forme de grosses piles (diamètre 5 cm) et bouton (diamètre 22 mm) pour PCEC. Cette étape, indispensable pour la suite, sera réalisée par coulée en bande successive des différentes couches (électrodes et électrolyte) et sera basée sur le brevet WO 2014057218 A2 [4]. Un frittage en plusieurs étapes sera réalisé en raison des températures élevées requises pour densifier les conducteurs protoniques. Le dépôt de ces électrolytes par pulvérisation magnétron réactif sur un milieu anodique peut également être envisagé [5]. La deuxième partie portera sur la réalisation de la caractérisation électrochimique à l'aide du banc d'essai Fiaxell Technologies acquis récemment par notre équipe. Les résultats obtenus dans cette section permettront de comprendre les mécanismes lors du fonctionnement d'une cellule d'électrolyse et préciseront les étapes clés menant à la performance des PCFC. Enfin, la troisième partie se concentrera sur l'intégration de cellules plus grandes pour produire un empilement de deux cellules. En le testant en conditions réelles, des informations sur la compatibilité, la stabilité et la durabilité des matériaux composants de base du PCEC seront mises en évidence.

 

ENERGIE : Etude de la compatibilité électromagnétique d'une pile à hydrogène couplée à un convertisseur de puissance à base de GaN très haute fréquence avec des fonctionnalités avancées

L'idée du sujet de thèse proposé est d'étudier l'intégration et le comportement fréquentiel d'un convertisseur statique à base de GaN couplé à une pile à hydrogène intégrant des fonctionnalités avancées de diagnostic de l'état de santé de la cellule et du convertisseur. L'étude de la compatibilité électromagnétique (CEM) du montage cellule hydrogène / convertisseur GaN vise à obtenir l'analyse fréquentielle de l'ensemble sachant que dans un contexte d'intégration, les éléments parasites (inductance parasite, couplage capacitif) peuvent interférer avec le fonctionnement de le système. Il sera intéressant de vérifier que les mesures élevées nécessaires au pilotage et au diagnostic ne sont pas perturbées par des phénomènes électromagnétiques. Une étude théorique CEM ainsi qu'un prototype de convertisseur de puissance à base de GaN fortement intégré sur une pile à hydrogène de 500W seront réalisés. La chambre CEM est utilisée pour tester la pile à hydrogène / convertisseur de puissance à base de GaN afin de vérifier qu'elle répond aux normes actuelles d'électromobilité.

Lieu de travail : FEMTO-ST, Equipe SHARPAC, Plateforme Hydrogène – Energie, Rue Edouard Belin, 90000 Belfort Cedex

Durée du contrat: 36 mois

Date limite de candidature: 15 juin 2021

ENERGIE/RECITS : Une analyse économique des systèmes électriques décentralisés intégrant l'hydrogène-énergie

La transition énergétique bas carbone nécessite une transformation profonde des systèmes énergétiques afin de soutenir le développement de sources d'énergie renouvelables mais intermittentes. Deux vecteurs énergétiques semblent centraux à cet égard: l'électricité et l'hydrogène. L'accès à l'énergie est actuellement conçu à travers une gestion centralisée du réseau de transport d'énergie avec flexibilité et équilibrage de l'approvisionnement reposant sur des mécanismes mis en œuvre par le gestionnaire du réseau de transport. Cependant, l'introduction massive de sources d'énergie renouvelables variables (VRES) dans le mix énergétique, ainsi que la mise en œuvre de systèmes énergétiques décentralisés (les «micro-réseaux», qui ne sont pas toujours connectés au réseau électrique) nécessitent de plus en plus réfléchir à une gestion locale des systèmes énergétiques et de leur flexibilité. L'hydrogène, qui permet de stocker l'énergie à grande échelle et pendant de longues périodes, apparaît comme un vecteur énergétique prometteur pour assurer la stabilité et la flexibilité des systèmes électriques décentralisés. En contribuant à un développement ultérieur du VRES (par le stockage de l'énergie et l'offre de flexibilité), et en offrant une alternative aux combustibles fossiles, l'hydrogène-énergie peut être un moyen de répondre à la demande sociale de systèmes énergétiques à faible émission de carbone.

C'est précisément l'objectif du projet ISITE-BFC PATH d'analyser la faisabilité technique et l'intérêt économique mais aussi environnemental et social de tels systèmes énergétiques intégrant l'hydrogène-énergie, notamment en Bourgogne et Franche-Comté. Un label «territoire hydrogène» a été attribué à ce dernier, qui entend résolument devenir leader en la matière. Ainsi, il apparaît comme un lieu pertinent pour étudier l'efficacité avec laquelle l'hydrogène pourrait être introduit dans les systèmes énergétiques, avec des expériences qui pourraient être reproduites dans d'autres endroits. Ce contexte géographique ainsi que l'orientation pluridisciplinaire du projet PATH, qui associe des compétences en sciences de l'ingénieur et en sciences économiques et sociales, constituent le cadre des travaux de doctorat.

‍Le programme de recherche doctorale visera à analyser la valeur associée au stockage d'énergie et à la flexibilité des réseaux électriques, à travers des dispositifs de production et de distribution d'énergie intégrant l'hydrogène-énergie dans le cadre d'une perspective territoriale décentralisée.

Pour la réalisation du doctorat, le doctorant sera accueilli à la fois par les équipes de recherche FEMTO-ST / RECITS et CRESE, qui sont dans le domaine des sciences sociales. Il appartiendra à l'école doctorale SEPT de l'UBFC.

Profil du candidat : Économiste ou ingénieur titulaire d'un master en économie, Compétences en modélisation, Bonne connaissance des systèmes énergétiques et électriques
Une expérience de recherche qualitative sera appréciée et des compétences en langue française sont requises pour les entretiens avec les acteurs locaux mettant en œuvre des systèmes énergétiques basés sur l'hydrogène dans les régions françaises.

Deadline : 15/06/2021

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