Sujet de Doctorats 2013 - IEMN

Titre : Nano-drone volant à aile battante : Optimisation de la structure et de l’aérodynamiqueFinancement prévu : DGACofinancement éventuel : ONERA/MENRT(Co) Directeur de thèse : Sébastien GRONDELE-mail : sebastien.grondel@univ-valenciennes.frCo-directeur de thèse : Eric CATTANE-mail : eric.cattan@univ-valenciennes.frLaboratoire : IEMN-DOAEGroupe de recherche : MAMINADescriptif :Le vol à ailes battantes permet d’obtenir un vol de type quasi-stationnaire (contrairement aux objets àailes fixes). Cette capacité est très intéressante dans le cas de la réalisation de micro-nano-drones, carceux-ci doivent répondre à des exigences de grande manœuvrabilité et de stabilité. De plus, l’avantaged’un objet à ailes battantes sur un objet à voilures fixes (type avion à réaction) ou tournantes (typehélicoptère) est de pouvoir obtenir un meilleur rendement énergétique en s’appuyant sur les courantsd’air pour, soit se stabiliser, soit se propulser. L’intérêt de réaliser un nano-drone à ailes battantespermettrait également d’ajouter au côté manœuvrabilité le côté discrétion (acoustique et visuel).L'objectif de cette thèse consiste en l’optimisation d'un Objet Volant Mimant l'Insecte (OVMI) àl'échelle 1. Ce projet se situe à la jonction entre plusieurs disciplines comme l'aéroélasticité, lesmicrotechnologies, l'automatique et l'énergétique et fait intervenir une collaboration entre deuxlaboratoires scientifiques : l’ONERA pour les aspects aéroélastiques des ailes, et l’IEMN pour la partieoptimisation de la structure et intégration de microactionneursComme point de départ, le doctorant devra s’appuyer sur les prototypes existants de masse 20mgréalisés par l’IEMN pour lesquels des effets de portance d’environ 13mg mesurés à l’aide d’unemicrobalance ont déjà été démontrés. Ceux-ci sont constitués d’un actionneur électromagnétique insérésur une structure souple réalisée à l’aide des technologies microsystèmes et qui permet la mise enmouvement des ailes à la fois en flexion et en torsion.Le travail sera ensuite divisé selon deux axes :Concernant le premier axe, les résultats espérés au terme de la thèse sont une optimisation de lastructure élaborée à base de polymère photosensible constituant le corps et les ailes de l'insecte artificielen particulier en minimisant sa masse, en faisant évoluer la souplesse des ailes, et en renforçant leuramplitude en flexion et en torsion. En outre, le doctorant aura en charge l’intégration de composantsélectroniques supplémentaires comme une centrale inertielle. Le polymère actif sera évalué afin deremplacer l’actionneur électromagnétique utilisé actuellement et ainsi diviser la masse de l’actionneurpar 5. Sur ces différents aspects, l’étudiant profitera des moyens de conception, de fabrication et decaractérisation des salles de micro- et nanotechnologies de l’IEMN.Au niveau du second axe, l’étudiant aura à comprendre les phénomènes aéroélastiques lorsque l'ontravaille à des échelles mettant en jeu des nombres de Reynolds très faibles. L’ONERA a déjà mis en40