Donnons un sens à l'innovation
L’équipe mécatronique, énergie, électricité, intégration a pour objectif la conception des systèmes mécatroniques et des composants du génie électrique fortement contraints par le contexte embarqué ou l’encombrement disponible.
Les problématiques scientifiques de l’équipe vont du développement de méthodes de modélisation multi-physiques, en passant par les méthodes d’optimisation, jusqu’à la mise en œuvre expérimentale, ceci, dans le but de concevoir des systèmes mécatroniques et des composants du génie électrique fortement contraints par le contexte embarqué ou l’encombrement disponible. Les différents travaux de recherche conduits dans ce cadre peuvent être rangés dans deux axes scientifiques :
Deux thématiques transverses additionnelles sont également développées au sein de cette équipe. Elles concernent d’une part, le contrôle, le monitoring et le diagnostic des composants et systèmes et tout ce qui a trait, en général, à l’instrumentation des dispositifs technologiques qui sont développés au sein de l’équipe. D’autre part, les activités liées aux matériaux actifs ou fonctionnalisés pour les systèmes mécatroniques sont menés en collaboration avec d’autres équipes du laboratoire.
Ces dernières années, la maîtrise des comportements vibro-acoustiques et thermiques des machines s’est considérablement accrue sans toutefois donner des résultats totalement satisfaisants sur certains cas pratiques, en partie à cause d’incertitudes importantes. Ces incertitudes doivent être maîtrisées, dans l’idéal, à l’aide de modélisations plus fines.
Une meilleure détermination et localisation des coefficients d’échanges thermiques est une première piste, mais la prise en compte des couplages entre phénomènes vibratoires, thermiques et phénomènes magnétostrictifs est une piste également aborder par l’équipe.
Une avancée majeure concernera également l’intégration des incertitudes de modélisation aux incertitudes plus classiques des paramètres d’entrée des modèles (matériau, tolérances dimensionnelles…) pour parvenir à une conception plus robuste. Dans cette optique, l’efficacité de la démarche de conception est un point important à prendre en compte par des réductions de modèles ou des méthodes par modèles substituts. A l’échelle de la conception système, les briques de modélisation sont déjà présentes et une démarche de synthèse pour la conception a été initiée.
Un objectif principal est de concevoir et développer des principes de micro-actionnement et/ou de mesure compacts pour faciliter leur intégration. La démarche originale proposée s’appuie sur différents piliers tels que la conception d’organes multifonctions ou encore l’actionnement numérique conçu et prototypé dans un contexte microtechnique en vue de la réduction voire la suppression de capteurs tout en garantissant les performances du système.
L’originalité des travaux menés par l’équipe se focalise également sur la diminution de la connectique dans l’espace de travail des actionneurs par l’utilisation de moyens photoniques en interaction avec des matériaux actifs, pour le développement de moyens couplés d’alimentation et de pilotage à distance, ainsi que pour le développement de systèmes de mesures.
Que ce soit pour des systèmes d’actionnement ou de mesure, la démarche de modélisation est structurée par un modèle du système global s’appuyant, lorsque nécessaire, sur une modélisation détaillée des interactions multiphysiques ou du comportement des matériaux actifs mis en jeu.
La maîtrise de la conception de micro-actionneurs et capteurs compacts permet d’envisager l’intégration de plusieurs actionneurs et/ou capteurs fonctionnant de manière collective afin de réaliser des tâches complexes telles que par exemple le micro-convoyage d’objets de faibles dimensions (pièces mécaniques d’horlogerie, composants électroniques,…).
Ceci aboutit aux approches d’actionnement ou de mesure réparties sur laquelle l’équipe se positionne en proposant une démarche de conception menant à une topologie optimisée pour atteindre les performances souhaitées (course/étendue, résolution, rapidité…).
Cette action nécessite notamment l’approfondissement de stratégies de commande distribuées économes en énergie aussi bien sur le plan algorithmique que matériel mais également la fusion des informations provenant de sondes de mesures complémentaires.
Dans le cadre de ces stratégies de commande distribuées, des microsystèmes intégrant une fonction de communication à distance sont développés dans l’objectif de récupérer des informations sur l’état du réseau de microsystèmes réparti tout en garantissant un fort niveau d’intégration technologique.
La diversité des compétences de l’équipe est propice aux problématiques système . L’historique de l’équipe l’a amenée à travailler essentiellement sur les composants du système plus que sur leur intégration dans une approche système globale.
Des interactions proches comme par exemple les interactions entre les stratégies de modulation de largeur d’impulsion de l’électronique de puissance et les composants passifs associés ont été traitées mais l’approche système n’est pas encore complètement exploitée est fait donc partie des travaux d’actualité.
Cette approche système est renforcée par de nouveaux apports en conception système et par la bonne connaissance des phénomènes électrochimiques développés ces dernières années sur les batteries. Le dispositif de stockage d’énergie est en effet un élément clé dans les systèmes embarqués. Sa maîtrise est cruciale pour le développement de la mobilité propre où la caractérisation en temps réel du vieillissement des batteries Li-ion est encore perfectible.
L’équipe ambitionne la mise en œuvre d’estimateur d’états de santé capables de déterminer la nature du vieillissement et donc d’anticiper sa criticité. Les éléments de stockage d’énergie peuvent également être des éléments importants dans les méso (ou micro) systèmes d’actionnement, mesure ou récupération d’énergie mais son intégration a relativement peu été étudiée.
Vincent Lanfranchi
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