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36 mois

BIOMIMÉTISME ET BIO-INSPIRATION DE LA NAGE ANGUILLIFORME D'UN SERPENT

La performance de la locomotion aquatique est étroitement liée à la circulation du fluide autour du corps de l'animal et principalement à l’intensité de l’écoulement induit en aval de la queue et à ses caractéristiques. Ce sillage qui se développe est constitué d’une allée tourbillonnaire de Von Karman dont les vortex sont émis périodiquement à chaque battement de la queue. La façon dont la queue se déplace dans le fluide (angle d’attaque, amplitude, fréquence ...) détermine les performances de la nage. Les animaux peuvent ajuster leur cinématique de nage pour optimiser la performance. Différents critères peuvent définir la performance, comme par exemple l’efficacité énergétique, la vitesse maximale (système proie-prédateur), ou encore la furtivité. La forme du corps et les propriétés tribologiques de la peau, qui influencent la poussée et la traînée produites par les animaux nageurs, doivent être prises en compte. L’objectif central de cette thèse est de contribuer au développement d’un modèle numérique basé sur des données réelles telles que la géométrie, la cinématique, la texture de la peau (data-driven numerical modeling) afin de simuler les phénomènes complexes d’interaction fluide-structure (IFS) instationnaires, impliqués dans la nage anguilliforme au sein d’un écoulement visqueux incompressible en présence d’une surface libre. Il s’agira donc, à partir des données cinématiques et vélocimétriques qui caractérisent la nage des serpents, d’identifier les mécanismes hydrodynamiques qui permettront d’obtenir des estimations de l'efficacité de cette nage en termes de force propulsive et d’efficacité énergétique. Ce travail de thèse s’inscrit dans un projet ANR (Dragon II) plus large dans lequel collaborent des biologistes, des mécaniciens des fluides, des mathématiciens et des roboticiens. Un lien fort sera maintenu avec les expérimentateurs du projet et des données expérimentales sur la nage de serpents réels et de robots bio-inspirés seront disponibles afin de valider le modèle numérique. Le (la) candidat(e) sera amené(e) à participer à des campagnes de mesures à l’Ecole Supérieure de Physique et de Chimie Industrielles de Paris, à l’Institut PPRIME à Poitiers et au centre d’Etudes Biologiques de Chizé.
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36 mois

Multi-scale computational study of the dependence between thin film properties and deposition parameters during energetic sputter deposition process

The aim of this Ph.D. thesis is to gain understanding on the influence of the deposition parameters on the initial thin film growth stages via a multi-scale approach based on kinetic Monte Carlo (kMC) algoithm. To simulate the growth under energetic conditions, relevant elementary mechanisms will be determined using DFT (VASP) and/or MD (LAMMPS) simulations and incorporated into a developed realistic-growth-conditions kMC code. To complete this multiscale methodology, the outcome of the code will be benchmarked against dedicated experimental studies thanks to in situ and real-time diagnostics available in the laboratory, to which the candidate could actively participate.
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36 mois

Offre de thèse 2021 : Propriétés physiques de films minces fonctionnels sous contrainte

Le sujet de thèse proposé s’inscrit dans un projet de recherche collaborative international (PRCI) de l’ANR (Agence Nationale de Recherche Française) et son alter ego autrichienne la FWF (Fonds zur Förderung der Wissenschaftlichen Forschung): NANOARCHITECTED FILMS FOR UNBREAKABLE FLEXIBLE ELECTRONICS (NANOFILM). L'objectif de ce travail de thèse est de comprendre la relation entre la microstructure et les propriétés mécaniques de films minces nanostructurés. L’apport du rayonnement synchrotron sera crucial pour étudier in situ sous déformation les caractéristiques structurales et microstructurales de ces objets nanostructurés, leur comportement mécanique voire leur propriétés électrique et magnétique. La diffraction des rayons X sera la technique principale employée. Le candidat aura l’occasion de participer à la conception et la réalisation d’une nouvelle machine de traction biaxiale de dimensions plus réduites que celle utilisée en diffraction permettant de visualiser les fissures sous microscopie à champ proche.
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36 mois

PhD - Functionalization of 2D transition metal carbide sheets (MXenes) using ion-implantation: structural modifications and properties

This three years PhD project, funded by the Labex Interactifs, will be conducted in the framework of a collaboration between two French laboratories: the Institut Pprime (UPR 3346 CNRS –University of Poitiers) and the Institut des Matériaux Jean Rouxel (UMR 6502 –University of Nantes). The aim is to further develop implantation approaches, together with the corresponding characterization protocols, in order to modify in a controlled way, the electronic properties of MXenes. These properties will be investigated from the macroscopic scale, focusing on the optical/transport properties of MXene spin coating thin films, down to the single sheet and atomic level using high resolution aberration corrected and monochromated transmission electron microscopy. Potential related applications are, among others, transparent conductive thin films and supercapacitors.
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36 mois

PhD - Nanostructures métalliques revêtues et fonctionnalisées pour applications SERS

Le ou la doctorant(e) contribuera au projet FUNSERS (financé par le Labex Interactifs) qui vise à développer un nouveau type de substrats SERS (Surface Enhanced Raman Spectroscopy) pour des applications de détection et constitués de réseaux périodiques 2D de chaines de nanoparticules métalliques fortement couplées, enterrées sous une fine couche de matériau diélectrique.
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36 mois

Study of the mechanical properties of porous complex structures (combination of a solid deformable structure with a high porosity, soaked with fluid) by optical full-field methods

The performance of many industrial applications is largely based on the quality and reliability of the guidance and support systems (high rotational speeds, low friction torque, damping capability, etc.). This PhD work is a part of an ANR (French National Research Agency) project entitled SOFITT (Saturated Openpore Foams for Innovative Tribology in Turbomachinery). The aim of this project is to find innovative technical solutions that break with current practices and provide high-performance support systems in terms of load capacity and damping. The project proposes a new concept of lubrication and correspondingly a new material (understood as a complex/composite material formed by the solid porous structure –compressible porous layers- and the imbibing fluid) in order to improve the quality and reliability of guidance and supporting systems. The goal of this PhD work is to study, to understand and to quantify the mechanical behavior of porous complex imbibed structures linked with their microstructure and properties of fluid by using adapted loading devices, non-contact optical full-field techniques and identification methods.
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36 mois

Sujet de Thèse : Transistor Thermique à base de la transition métal-isolant du VO2

Ce travail sera réalisé conjointement au sein de deux laboratoires IRCER (institut de recherche sur les céramiques, Limoges) et à Pprime (Sciences Physiques et Sciences de l'Ingénierie, Poitiers) dans le cadre du projet CHARTS. Le développement, la conception et l'intégration du VO2, en films minces, dans des composants thermiques seront effectués essentiellement au laboratoire IRCER. Les caractérisations thermiques et les modélisations seront réalisées et développées au laboratoire Pprime (Poitiers). Le candidat sera aussi amené à travailler avec deux autres partenaires du projet basés à Bordeaux, le laboratoire ICMCB (Institut de Chimie de la matière condensée de Bordeaux) et le laboratoire LOMA (Laboratoire Ondes et Matière d'Aquitaine).
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36 mois

Sujet de Thèse: Le Refroidissement Radiatif Appliqué aux Générateurs Thermoélectrique et Thermophotovoltaïque

L’idée majeure à la base du concept du refroidissement radiatif (RR) consiste en une évacuation de la chaleur d’une surface d’un objet sur terre par voie radiative directement vers l’espace extérieur en exploitant la fenêtre de transparence de l’atmosphère [8, 13]μm. Ce phénomène est très commun à la surface de la terre et se manifeste par plusieurs processus naturels comme la formation de gêle que l’on observe au matin après une longue nuit d’hiver. Le concept du RR a vu le jour dans le début des années 1970 et plusieurs systèmes ont été développés depuis surtout pour le RR nocturne. Dans les 7 dernières années, l’intérêt à cette méthode de refroidissement et en particulier en plein jour, a connu un regain d’attention grâce à son grand potentiel d’application dans une multitude de domaines. Assurer un bon RR de la surface d’un objet en plein jour s’obtient en réalisant un désign optimisé des propriétés radiatives de cette surface afin que celle-ci puisse évacuer plus de chaleur que ce qu’elle en reçoit.
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36 mois

thèse - Development of an oscillating wind turbine

Wind as a worldwide exploited renewable energy source is facing societal acceptability issues due to the ever-growing scale of windfarms and their environmental imprint on natural lands. As an alternative, networks of small-scale wind (or water) energy harvesters may facilitate their installation directly in dense urban environments in order to provide electricity locally, with limited land occupation, transport infrastructure and connexion cost. However, the use of such technologies must be acceptable in heavily populated area, from both the design and disturbance points of view. The proposed project aims at developing alternative energy harvesting technologies at small scale, designed to be integrated in urban or remote environments. Such solutions fall in the Energy topic of the research theme “Sustainable Cities and Communities”, and in the “Energy, Environment, Evolution” topical UP campus. Oscillating airfoil-based structures are seen as possible alternatives to the conventional rotating horizontal or vertical wind - or water - turbines thanks to their limited spatial extent and lower operating velocities. A two d.o.f. prototype was designed by Costa (2018) which will be experimentally investigated by the PI. Using a different approach, the “Eel energy” demonstrator (Träsch, 2018) exploits the deformation of an elongated membrane made of articulated rigid segments acting as a multi d.o.f. oscillator. The present project will focus on a continuously deformable flag-like structure with embedded devices designed to convert self-sustained oscillations (Eloy, 2008) in electricity. From the design and disturbance points of view, this concept will limit the use of moving parts and assembly in order to reduce both the structural fatigue and noise emission. One of the main challenges of the project lie in the prediction of multi-modal operating points in order to extend the operability range of the energy harvester. The PhD will be co-supervised at Institut PPRIME (CNRS, University of Poitiers, ISAE-ENSMA) in France and at the Department of Civil Engineering and Architecture of the University of Pavia in Italy. From theoretical and numerical analysis, an experimental demonstrator will be designed and operated in the fluid-mechanics facilities of Institut PPRIME.
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36 months

[Filled] Surface hardening and fatigue behaviour of titanium alloys induced by multi-interstitial followed by mechanical surface treatments: effect of property gradient

This PhD offer is already filled. The objective of our project is to open new routes to the improvement of the tribological properties of titanium alloys. To achieve this objective, a combination of thermochemical (multi-interstitial diffusion at moderate temperature) and mechanical (Surface Mechanical Attrition: SMAT) surface treatments will be considered. The underlying hypothesis of this research is that this combination will allow the formation of hard layers supported by a thick supporting layer with smooth mechanical property gradients together with the preservation of the macroscopic mechanical resistance of the alloys. Surface hardness will be used as an indicator for the treatment’s efficiency, and mechanical testing (including in situ tensile tests operated in SEM and fatigue testing) will be conducted to study the evolution of the damaging mechanisms of the material.
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