Description du sujet de thèse

Contexte et objectif du projet : 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 des batteries, les problèmes liés à leur élimination et la nécessité de systèmes câblés complexes. Cela est pertinent pour les micro-capteurs dans les 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, ce qui réduit l'efficacité de la conversion énergétique.

L'objectif de la thèse de doctorat est d'explorer les métamatériaux (MM) topologiques actifs (principalement piézoélectriques, mais aussi réactifs au magnétisme et à la lumière) ou passifs et/ou les cristaux phononiques (CP) pour : (i) guider, confiner et piéger l'énergie vibratoire et (ii) améliorer l'efficacité de la conversion électromécanique pour des applications liées à la santé. En exploitant (et combinant) les propriétés offertes par la piézoélectricité et la protection topologique dans les MM et CP, l'idée principale est de renforcer à la fois l'absorption de l'énergie vibratoire mécanique dans la structure et la conversion en énergie électrique. Les matériaux actifs peuvent faire partie des structures MM/CP, avec pour objectif, par exemple, de récolter de l'énergie pendant la marche, à la fois depuis les sols et des semelles médicales. En parallèle, des MM/CP passifs aux propriétés auxétiques ou hautement anisotropes, impliquant des résonances locales ou des mécanismes d'amplification inertielle, seront également explorés.

Contexte de travail

Principales tâches et responsabilités : 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 développera la conception d’un MM/CP topologique qui pourrait idéalement être utilisé comme dispositif de récupération d’énergie. Il/elle étudiera la manipulation des propriétés dispersives des MM élastiques par l'intégration d'éléments fonctionnels dans la cellule unitaire. Plus précisément, il/elle devra : (i) développer des méthodes analytiques, numériques ou hybrides (intégrant des modèles FEM et analytiques) pour étudier les équations d'onde couplées piézoélectriques satisfaisant à la condition de Bloch-Floquet, (ii) comprendre la mécanique derrière la conversion de l'énergie mécanique en énergie électrique via des éléments actifs ; (iii) participer à la réalisation de semelles à base de MM auxétiques avec un réseau de dispositifs de récupération d'énergie intégrés ; (iv) mesurer l'efficacité du dispositif conçu.

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 aux superviseurs, de penser 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 : EPFL (8 mois) pour l'optimisation des codes numériques et les premières mesures expérimentales, et l'Université de Messine (3 mois) pour des simulations numériques avancées.

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 ce poste.
2) Un CV détaillé.
3) Deux à trois lettres de recommandation.

Date de début : 01.12.2024 (36 mois).

Financement : Projet européen HORIZON-MSCA-DN-[2022] MetacMed (« Métamatériaux acoustiques et mécaniques pour les applications biomédicales et de récupération d'énergie »).

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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