Description du sujet de thèse

Les dispositifs de récupération d’énergie offrent une solution sans batterie en captant l’énergie des sources ambiantes et en la convertissant en énergie électrique. La capacité à fournir une alimentation durable à un dispositif biomédical grâce à la récupération d’énergie est intéressante, car elle réduit les coûts de batterie, les problèmes de mise au rebut et la nécessité de systèmes câblés complexes. Cela est pertinent pour les micro-capteurs au sein des implants médicaux. Cependant, les systèmes actuels ne sont efficaces que sur une plage de fréquences restreinte, et le couplage élastique des dispositifs de récupération d’énergie ultrasonique peut être limité.

L’objectif de la thèse de doctorat sera la conception d’un système de métamatériaux (MM) et/ou de cristaux phononiques (CP) pour : (i) guider, confiner/capturer et dissiper efficacement l’énergie vibratoire/sonore et (ii) améliorer l’efficacité de la conversion électromécanique pour des applications liées à la santé.
Deux approches seront principalement explorées, à savoir une approche active et une passive. La première inclut l’exploration du potentiel de la piézo-électricité, de la magnéto-élasticité et/ou de la photo-réactivité, combinée, lorsque cela est possible, à une protection topologique pour améliorer à la fois le guidage et l’absorption de l’énergie vibratoire mécanique dans la structure pour la conversion en énergie (électrique). La deuxième approche, basée sur des MM/CP passifs, pourrait impliquer l’investigation des résonances locales, du mécanisme d’amplification inertielle, des masses ponctuelles ou des éléments d’inertie rotatifs. Les organisations fractales et hiérarchiques des cellules unitaires seront aussi explorées.

Contexte de travail

Le candidat travaillera de manière collaborative dans le cadre du projet européen HORIZON-MSCA-DN-[2022] MetacMed (« Métamatériaux acoustiques et mécaniques pour les applications biomédicales et de récupération d’énergie ») sous la supervision du Dr M. Miniaci (IEMN). Il/elle étudiera la manipulation des propriétés dispersives des MM élastiques à travers l’intégration d’éléments fonctionnels dans la cellule unitaire.
Plus précisément, il/elle devra : (i) effectuer une revue bibliographique approfondie pour identifier l’état de l’art des CP/MM pour les applications susmentionnées, (ii) développer des modelés analytique et/ou numériques pour effectuer des simulations visant à trouver des configurations prometteuses pour des CP/MM capables de contrôler les ondes à plusieurs fréquences (principalement dans la gamme des fréquences audibles et générées par la marche) ; (iii) évaluer les performances des CP/MM conçus ; (iv) optimiser la conception structurelle en fonction du comportement dynamique prédit, (v) participer à la réalisation des échantillons; (v) et (vi) réaliser des mesures pour valider les conceptions.

Compétences requises : Le candidat idéal doit être titulaire d’un master en ingénierie, physique ou dans des disciplines similaires. Des connaissances en modélisation numérique et un solide bagage en mécanique des structures et propagation des ondes dans les milieux périodiques sont un plus.

Compétences interpersonnelles requises : Le candidat idéal est capable de travailler en équipe, de faire des rapports rigoureux et clairs aux superviseurs, de réfléchir de manière indépendante et de travailler en autonomie sur des tâches assignées et vers des objectifs spécifiques.

Lieu : L’Institut d’Électronique, de Microélectronique et de Nanotechnologie (UMR CNRS 8520 - https://www.iemn.fr/en/) est situé à Villeneuve d’Ascq, près de la ville de Lille (France). Avec un effectif total de plus de 500 personnes, l’institut a un large éventail d’activités de recherche, allant de la physique à la science des matériaux, en passant par la micro et nanotechnologie.

Détachements prévus : Amazemet (3 mois) pour la réalisation des échantillons et Empa (6 mois) pour les activités expérimentales.

Candidature : Le candidat devra fournir les documents suivants (seules les candidatures en ligne – site du CNRS – seront acceptées) :
1) Une lettre de motivation (max 2 pages) expliquant pourquoi il/elle postule à ce poste.
2) Un CV détaillé.
3) Deux à trois lettres de recommandation.

Date de début : Dès que possible (36 mois).

Le poste se situe dans un secteur relevant de la protection du potentiel scientifique et technique (PPST), et nécessite donc, conformément à la réglementation, que votre arrivée soit autorisée par l'autorité compétente du MESR.

Contraintes et risques

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