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Doctorant(e) en automatique (H/F) - Projet BREAQ - Thèse 3

Cette offre est disponible dans les langues suivantes :
Français - Anglais

Date Limite Candidature : lundi 26 avril 2021

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Informations générales

Référence : UMR8201-JOSBRO-006
Lieu de travail : VALENCIENNES
Date de publication : lundi 5 avril 2021
Nom du responsable scientifique : Sébastien DELPRAT
Type de contrat : CDD Doctorant/Contrat doctoral
Durée du contrat : 36 mois
Date de début de la thèse : 1 septembre 2021
Quotité de travail : Temps complet
Rémunération : 2 135,00 € brut mensuel

Description du sujet de thèse

Sujet de Thèse n°3 – Optimisation des fonctions freinage/traction à des fins de réduction des émissions

Le travail de thèse consistera à développer des lois de commande permettant de réduire les émissions de particules lors des phases de freinage. La thèse abordera deux approches complémentaires. La première consiste à exploiter les modèles d'émissions de particules développés dans le cadre des activités du projet couplés avec un modèle de dynamique de train afin de proposer des lois de commande temps réel et des profils de vitesse optimaux permettant de réduire les émissions. La deuxième approche consiste en l'étude de la répartition de la fonction « freinage » sur plusieurs actionneurs (machine électrique, frein mécanique, etc). Il s'agit alors de formuler un problème de commande optimale permettant de calculer la répartition qui permet de minimiser les émissions de particules.
Les lois de commande développées seront testées avec une approche « Hardware in the Loop » sur un système de freinage à échelle réduite développé dans le cadre du projet.


Travaux réalisés et moyens mis en œuvre :
• Prise en main des outils de calcul Alstom et mise au point du modèle numérique simplifié pour la commande
• Estimation des émissions de la configuration actuelle du train dans le cas de référence par simulation numérique sur le modèle simplifié

• État des lieux des solutions de réduction des émissions et sélection d'une solution cible, objet d'étude :
o Optimisation du frein électrodynamique
o Réduction d'utilisation du frein mécanique au profit d'autres systèmes de freinage
o Optimisation des lois de contrôle du frein mécanique
• Analyse de la réduction des émissions apportée par les solutions cible appliquées au cas de référence par simulation numérique
o Mise à jour du modèle numérique pour correspondre à la solution cible
o Optimisation du profil de mission et des commandes bas niveau de chaque actionneur
o Evaluation du dimensionnement des actionneurs
• Validation à l'échelle réduite (banc LAMIH) de la réduction des émissions apportée par les solutions cible appliquées au cas de référence.
• Analyse d'impact et faisabilité du déploiement des solutions de réduction des émissions étudiées.

L'optimisation du profil de vitesse se fera soit par l'optimisation de quelques paramètres de haut niveau ou par l'optimisation mathématique du profil complet. Pour une architecture de train donnée, il s'agit de formuler le problème d'optimisation, sélectionner une méthode de résolution et la mettre en œuvre.
La commande temps réel passe par l'étude de stratégie de pilotage. L'objectif est d'extraire des modèles d'émissions les informations nécessaires au pilotage des organes de commande. Soit de manière explicite, par exemple via des règles de bon sens, soit de manière mathématique avec par exemple, l'utilisation de commande de type H afin de garantir un compromis performances/émissions. Les lois de commande seront mises en œuvre sur des systèmes de prototypage rapide dSpace.

Contexte de travail

Cette thèse est proposée par le LAMIH dans le cadre du projet BREAQ. Le LAMIH UMR CNRS 8201 (Laboratoire d'Automatique, de Mécanique et d'Informatique Industrielles et Humaines) est une unité mixte de recherche entre l'Université Polytechnique hauts de France (UPHF) et le Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS). Le LAMIH est organisé en 4 départements disciplinaires bien identifiés : Automatique, Mécanique, Informatique, Science de l'Homme et du Vivant (SHV).

Le projet BREAQ, soutenu par l'ADEME, et regroupant plusieurs partenaires académiques et industriels dont ALSTOM, a vocation à réduire les émissions de particules de freinage à la source et à prédire la diffusion de ces particules dans l'environnement pour développer des solutions de captation efficientes. Dans ce cadre de ce projet, 3 sujets de thèse sont proposés par le LAMIH.

La qualité de l'air est un enjeu de santé publique majeur. Selon l'OMS, en diminuant les niveaux de pollution atmosphérique, les pays peuvent réduire la charge de morbidité imputable aux accidents vasculaires cérébraux, aux cardiopathies, au cancer du poumon et aux affections respiratoires.

Le transport ferroviaire est à juste titre considéré comme étant une solution de mobilité durable à faible impact en gaz à effet de serre et un faible contributeur aux émissions de polluants dans l'air (NOx, SO2, COV & PM10). Néanmoins, plusieurs études mettent en évidence que les concentrations polluantes dans les enceintes ferroviaires souterraines doivent être considérées comme préoccupantes. Dans certains cas, les concentrations de particules fines peuvent être dix fois plus élevées en intérieur qu'en extérieur. Dans ce contexte, la réduction ou mitigation des sources d'émissions lié au freinage, principal contributeur dans le secteur ferroviaire, représente un enjeu majeur pour la santé des personnes. Des travaux antérieurs menés au LAMIH (Thèse Charlene Octau, Novembre 2019) ont permis de mettre en évidence que les conditions d'usage du freinage mécanique influent sur les dimensions des particules émises et ont permis de développer les bases nécessaires à la simulation numérique de la diffusion des particules dans l'environnement proche.

Informations complémentaires

Profil recherché du candidat :
• Diplôme d'ingénieur ou Master, en mécatronique ou équivalent, avec de bonnes connaissances en commande et des notions de mécanique (tribologie, mécanique des fluides).
• Maîtrise de Matlab/Simulink, capacité à coder dans différents langages (C, C++)
• Connaissance de technique de commande non linéaire
• Approche scientifique pragmatique et bonne perception du contexte économique.
• Excellente aptitude à la communication orale et écrite, en français et en anglais (B2).
• Qualités recherchées : esprit d'innovation, force de proposition.
• Le travail de thèse se fera en collaboration avec les partenaires du projet (ALSTOM, FLERTEX, laboratoire LAMCUBE, laboratoire SAGE). Le candidat doit posséder des qualités de communication et d'ouverture d'esprit pour pouvoir dialoguer et capitaliser sur leurs expériences.

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