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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

 

DMA : 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

ENERGIE : EstImation de l’Etat de saNté et de la durée de vie résiduelle de systèmes Piles à Combustible

Les systèmes de piles à combustible souffrent toujours d'une faible fiabilité et durabilité, en plus du coût élevé. L'objectif du projet RESYLIENT est de développer des algorithmes pour caractériser en ligne, en temps réel le fonctionnement (performances), l'état de santé SoH (diagnostic) et la durée de vie utile restante, RUL (pronostics) d'un PEMFC. Les algorithmes développés sont principalement basés sur le signal en utilisant l'approche majeure des approches de traitement du signal pour la détermination SoH de la pile, en ligne sous des profils de charge dynamiques. En outre, dans les systèmes automobiles, les capteurs sont exposés à des conditions environnementales difficiles telles que des températures extrêmes, une humidité humide et sèche, la formation de glace, des vibrations et des chocs. Cela conduit à des pannes fréquentes des signaux des capteurs.

Le but de cette thèse est de développer des modèles simples pour augmenter la durabilité des systèmes FC (diagnostic, pronostic, tolérance aux pannes) en tenant compte des réelles contraintes d'intégration du système, dans la conception des algorithmes eux-mêmes; c'est-à-dire prendre en compte les contraintes liées aux systèmes embarqués où il faut opérer un diagnostic / pronostic fiable sans arrêter le système, et sans utiliser de capteurs ou de dispositifs intrusifs, encombrants ou coûteux.

Il serait intéressant d'appliquer différentes approches pour l'analyse des signaux non stationnaires des systèmes de piles à combustible PEMFC afin de développer des diagnostics, un pronostic et un contrôle fiables et tolérants aux pannes. Nous nous intéressons particulièrement à l'analyse de la réponse aux signaux multifréquences. Il sera donc nécessaire d'établir une base théorique solide pour les outils de traitement du signal à utiliser, puis de les appliquer à des bases de données issues de tests expérimentaux. En parallèle, des protocoles de tests accélérés doivent être mis en place et permettront de valider les algorithmes développés.

Le candidat doit :
Détenir un master ou équivalent et avoir des compétences dans un ou plusieurs des sujets suivants: génie électrique, électrochimie, contrôle automatique, informatique, mathématiques appliquées, data mining, intelligence artificielle.
• Avoir de bonnes compétences en communication écrite et orale en anglais.
• Les candidatures internationales sont fortement encouragées. 

ENERGIE : Simulateur d'énergie - hydrogène d'un écosystème à base d'hydrogène

Le projet PATH (Pave the way To Hydrogen energy) vise à contribuer au développement d'écosystèmes rationnels basés sur l'énergie hydrogène, qui sont techniquement, économiquement, socialement et écologiquement durables, à l'échelle régionale. Il vise trois objectifs: le développement de matériaux pour le développement d'une pile à électrolyse réversible haute température / pile à combustible (WP 1), le développement d'un simulateur d'écosystèmes hydrogène (WP 2), l'évaluation de la rentabilité et de la valeur générée par ces technologies basées sur des études de cas sur le territoire Bourgogne Franche-Comté (WP 3). Le sujet de thèse est une contribution au WP2.

Le groupe SHARPAC du département Energie de l'institut FEMTO-ST et le groupe EMIE-MEEP du laboratoire DRIVE ont une longue expérience sur le développement de modèles de composants de systèmes hydrogène et hybrides pour le transport et les applications stationnaires. Le département informatique de FEMTO-ST a développé des compétences en optimisation de la conception des systèmes énergétiques. Dans cette thèse, l'objectif final est de disposer d'un simulateur permettant l'évaluation d'écosystèmes hydrogène qui incluent des aspects de la production, et du transport, jusqu'à une utilisation en mobilité seule ou en synergie avec d'autres domaines, interfaçant différentes applications (flotte de véhicules lourds, véhicules, stations de ravitaillement en hydrogène, production d'hydrogène vert, centralisé ou distribué sur les sites de consommation, couplage avec des applications stationnaires, etc.) selon des scénarii co-développés avec les partenaires du WP3 du projet. Incluant les concepts énergétiques de base, le simulateur permettra également d'intégrer les aspects économiques, écologiques et de durabilité en combinant l'analyse du cycle de vie et les équilibrages puits-roue. Il constituera ainsi un outil d'aide à la prescription et à la conception d'écosystèmes permettant l'émergence d'une filière hydrogène dans une approche la plus globale possible mais adaptée aux contextes locaux.

Laboratoires hôtes: FEMTO-ST (Département Energie) - 3 Rue Thierry Mieg - 90010 BELFORT CEDEX - FRANCE/ DRIVE (Groupe EMIE-MEEP)

‍ Les travaux de thèse seront menés dans les deux laboratoires, FEMTO-ST, à Belfort, et DRIVE, à Nevers. La part du temps passé dans chaque laboratoire sera définie en fonction de l'avancement des travaux. Cela devrait commencer à Belfort.

‍ [1] Virtual FCS: projet européen Virtual & physical platform for Fuel Cell System development

‍Durée du contrat: 36 mois

Profil du candidat: Master en génie électrique ou en informatique appliquée - Anglais courant - Intérêt pour interagir avec les chercheurs en économie - Intérêt pour les technologies sans carbone

Date limite de candidature : 15/05/2021

MN2S : Métamatériau pour le contrôle des flux thermiques

La maîtrise des transferts de chaleur a une importance fondamentale dans les technologies modernes intégrant des nanocomposants ou des matériaux nanostructurés, en particulier dans le domaine de la nanoélectronique, pour éviter les surchauffes, les composants de récupération d’énergie thermoélectrique [D. G. Cahill et al., Applied Physics Reviews 1, 011305 (2014)] ou encore la chimie photothermique avec la génération de nanosources de chaleur [Thermoplasmonics, G. Baffou, Cambridge University Press (2017)].

Les objectifs de cette thèse sont de concevoir, réaliser et caractériser des métamatériaux thermiques permettant de contrôler la propagation de la chaleur à l’échelle micrométrique en associant spatialement des matériaux conducteurs de chaleur à des isolants thermiques.

Profil du candidat
Le (la) candidat(e) devra être titulaire d’un Master 2 ou équivalent. Il (elle) devra avoir de bonnes connaissances en physique générale. Il (elle) doit être rigoureux(se) et présenter à la fois un intérêt théorique et expérimental pour la physique. Des connaissances sur les techniques de salle blanche sont un plus.

Date limite de candidature : 31/05/2021

MN2S : Activation de molécules inertes adsorbées sur une surface par un champ électrique intense dans une jonction tunnel

Contexte: Descriptif du travail attendu, originalité de l'approche et avancées attendues par rapport à l'état de l'art.

L’objectif scientifique principal de cette thèse de doctorat est de démontrer qu’une jonction tunnel peut servir de réacteur chimique individuel en utilisant le champ électrique intense présent dans cette jonction tunnel pour activer de petites molécules originellement inertes chimiquement. Ce type d’activation reste encore inexploité alors qu’il devrait permettre de transformer ces molécules inertes en produits chimiques plus réactifs ou moins polluants tout en limitant la consommation d’énergie nécessaire à leurs transformations.

LABORATOIRED'ACCUEIL : L'Institut FEMTO-ST, Unité Mixte de Recherche 6174, Université de Bourgogne Franche-Comté, CNRS Département Micro Nano Sciences et Systèmes

Adresse de travail: 4 Place THARRADIN 25200 MONTBELIARD

AS2M : "Forces de tension superficielle pour la microrobotique compacte"

Objet de la thèse : Repousser les limites de la miniaturisation des robots pourrait répondre au besoin d'outils chirurgicaux submillimétriques sans effet secondaire et permettant une intervention innovante ainsi que la recherche de nouveaux traitements en manipulant des cellules dans un environnement microfluidique (c'est-à-dire des réseaux de fluides fermés et submillimétriques utilisés pour la recherche en biologie). Pour rendre ces applications possibles, les microactionneurs doivent être compacts avec des empreintes inférieures à un millimètre cube. Cependant, les actionneurs classiques perdent leur efficacité à petite échelle et différents mécanismes d'entraînement doivent être étudiés. Cette thèse répondra à ce besoin en étudiant l'utilisation des forces de tensions superficielles, qui devient prédominante à petite échelle, comme base de l'actionnement. Cela permettra la conception et le contrôle de microactionneurs avec une meilleure compacité tout en conservant le degré de liberté élevé requis pour une tâche complexe. 

La thèse se déroulera à l'institut FEMTO-ST de Besan ̧con, un laboratoire multidisciplinaire de premier plan qui regroupe 750 personnes. Le candidat rejoindra le département AS2M (Automatique System Micro-M ́ecatronique) et aura accès à des micromanipulateurs, microscopes et station de micro-assemblage. Il / elle aura également un accès complet à des ressources de haut niveau et de pointe en particulier pour la microfabrication avec la plateforme Mimento (800m2 dédiés à la microfabrication).

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