Établissement public à caractère scientifique, culturel et professionnel sous tutelle du Ministère des Armées, l’École navale est une école militaire située sur la presqu’île de Crozon, dans le Finistère.
L’École navale accueille chaque année environ 300 élèves officiers de marine et assure la formation de plusieurs spécialités maritimes du personnel de la Marine nationale. Elle est également ouverte sur l’extérieur en assurant une dimension « recherche », en partenariat avec le monde de l’industrie. L’école s’appuie à ce titre sur institut de recherche navale (IRENAV). Ce sont environ 370 personnes civiles et militaires qui concourent à ces différentes missions et participent ainsi au développement de l’École navale, dans l’écosystème de l’enseignement supérieur, de la recherche et de l’innovation.
L’École Navale est une grande école d’ingénieur (statut d’EPSCP-GE) dont la mission principale est la formation initiale des officiers de la marine nationale. Les élèves officiers de carrière suivent un cursus d’ingénieur ou de master. Des formations supérieures (masters, mastères spécialisés, formation continue) sont également délivrées à des étudiants civils ou militaires dans les domaines de l’ingénierie maritime.
L’Institut de Recherche et d’Études Navales (IRENav) est le support de la recherche et de la formation scientifique. Institut pluridisciplinaire, il est labellisé par l’HCERES dans le cadre de la contractualisation des laboratoires Arts et Métiers. Ses équipes de recherche s’inscrivent dans 4 axes liés au secteur maritime :
Axe 1 - Analyse et modélisation de la donnée maritime
Axe 2 - Acquisition de la Donnée et Compréhension des Phénomènes Physiques
Axe 3 – Conception et optimisation de vecteurs et systèmes navals
Axe 4 – Cultures du commandement et facteurs humains
Site web: https://www.ecole-navale.fr/recherche/irenav/linstitut-de-recherche-de-lecole-navale/
SUJET DE THESE :
Contexte
Depuis une dizaine d’années, l’IRENav développe un propulseur à axe vertical à pales électriquement actionnées en mesure de fonctionner efficacement à basse et haute vitesse navire [1]. La plateforme académique SHIVA (Système Hydrodynamique Intelligent à Variation d’Angles) est le résultat concret de ces travaux : il s’agit d’une plateforme instrumentée muni de trois pales, plusieurs fois testé en bassin [2] permettant de tester des propulseurs ou des hydrogénérateur à axe transverse (VAP pour Vertical Axis Propeller). Les étude numériques et tests expérimentaux conduits jusqu’ici se sont concentrés sur le mode propulsion trochoïdale (optimisation des lois de calage sur des critères de performance hydrodynamique) [3].
Verrous scientifiques
A ce jour, la procédure de dimensionnement des actionneurs électriques (couple, vitesse et puissance de convertisseur statique) des pales reste à définir selon la loi de calage choisi et le mode de fonctionnement (trochoïdal ou épicyloïdal). De plus, le mode épicyloïdal apparaît nettement plus exigeant dynamiquement, ce qui pourrait engendrer une fatigue sur l’actionneur (convertisseurs électromécaniques et convertisseur statique) qu’il convient a minima d’évaluer. La possibilité, voire la nécessité, de fonctionner en génératrice sur certaines phases de fonctionnement doit également être considérée. Enfin, dans le but d’améliorer les performances propulsives, de réduire les vibrations ou d’anticiper un défaut, l’état du système pourrait être évalué par analyse du flux d’informations nécessaire aux contrôles des actionneurs (courant, tension, vitesse). Finalement, pour réduire la sensibilité des solutions aux incertitudes inhérentes à la modélisation des phénomènes hydrodynamiques, une auto-adaptation du contrôle et une supervision des actionneurs de pales pourraient être développées (à l’aide peut être d’algorithmes relevant de l’intelligence artificielle).
Démarche (de principe)
Le travail de thèse peut s’articuler autour des quatre grandes tâches suivantes :
1 – Développer un modèle dynamique du propulseur
L’approche de modélisation est recherchée aussi générale que possible sur le plan topologique (nombre de pales, schéma d’alimentation électrique des actionneurs et du moteur principal notamment). Elle doit reposer sur une procédure justifiée de dimensionnement de la motorisation électrique principale et des actionneurs électriques des pales. Sur le plan dynamique, l’incertitude repose sur la représentation correcte du chargement hydrodynamique. Les mesures in situ ou en bassin disponibles pourront permettre de construire un modèle de comportement ou un modèle mixte comportement / connaissance. Ce modèle doit permettre de définir la bande passante de la commande des actionneurs et ainsi mieux formuler ou contraindre le problème d’optimisation des lois de calage [4].
2 – Evaluer l’influence du nombre de pales sur les performances
L’objectif est d’évaluer par simulation l’influence du nombre de pales sur les performances propulsives, la régularité des sollicitations mécaniques et l’aptitude à fonctionner en régime dégradé (pale bloquée ou pale libre). Il est envisagé de tester expérimentalement la plateforme SHIVA dans des configurations dégradées.
3 – Utiliser le flux d’informations électriques pour évaluer l’état du propulseur
Il s’agit de développer un modèle de supervision du propulseur, en mesure d’émettre en temps réel une prédiction sur son évolution et d’interpréter un éventuel écart. L’idée serait de construire une image ou un jumeau numérique du dispositif. Les mesures in situ d’un démonstrateur WASP (Wind Assisted Ship Propulsion) en cours de fabrication ou en bassin de la plateforme SHIVA seront utilisées pour alimenter le modèle.
4 – Développer et optimiser le contrôle-commande du propulseur
L’objectif est de concevoir une stratégie de contrôle avancée intégrant des algorithmes intelligents, tels que l’apprentissage automatique ou les techniques d’optimisation adaptative, pour améliorer la réactivité et l’efficacité du propulseur. Ces algorithmes permettront d’ajuster en temps réel les paramètres de commande en fonction des conditions de navigation et des sollicitations dynamiques. Une approche basée sur des lois de commande robustes et adaptatives sera explorée afin d’optimiser l’efficacité énergétique et la fiabilité du système. L’implémentation et la validation expérimentale sur la plateforme SHIVA permettront d’affiner ces stratégies en fonction des performances observées.
Références
[1] Fasse, G., Bayeul-Lainé, A-C., Coutier-Delgosha, O., Curutchet, A., Paillard, B., Hauville, F., 2018, “Numerical study of a sinusoidal transverse propeller”, 29th IAHR Symposium on Hydraulic Machinery and Systems, Kyoto, Japan, September 16-21.
[2] Fasse, G., Hauville, F., Germain, G., Astolfi, J-A., Becker, F., 2019, “Development of an Experimental Blade-controlled Cycloidal Propeller”, 24ème Congrès Français de Mécanique, Brest, France, 26-30 août, (DOI : sciencesconf.org:cfm2019:257599).
[3] Fasse, G., Becker, F., Hauville, F., Astolfi, J.A., Germain, G., 2022, “An experimental blade-controlled platform for the design of smart cross-flow propeller”, Ocean Engineering, Volume 250, 15 April 2022 (DOI : 10.1016/j.oceaneng.2022.110921).
[4] FASSE, Guillaume, SACHER, Matthieu, HAUVILLE, Frederic, et al. Multi-objective optimization of cycloidal blade-controlled propeller: An experimental approach. Ocean Engineering, 2024, vol. 299, p. 117363.
Mots clés : Mécatronique, contrôle / commande, machine learning, hydrodynamique, VAP.
SPECIFICITES DU POSTE
Environnement d’école de formation initiale d’officiers.
Nous rejoindre, c’est notamment bénéficier des avantages suivants :
Une restauration sur place (avec une participation employeur).
Une desserte maritime gratuite depuis la base navale de Brest et un car gratuit au départ de Daoulas (arrêt au Faou, Tal-ar-Groas)
Un travail sur site distant possible depuis l’antenne de Brest et une possibilité de télétravail.
Des congés pendant les périodes de vacances scolaires.
PROFIL SOUHAITÉ
Diplôme : Master Recherche idéalement en Mécatronique
Compétences :
Intérêt pour la recherche scientifique et pour l’enseignement.
Intérêt pour les applications des domaines maritime et naval.
Bonnes capacités relationnelles, dynamisme.
Bonne capacité rédactionnelle, bon niveau en anglais.
Contrat doctoral de 3 ans sous réserve d’obtention de financement
Dossier de candidature : Envoyer votre CV détaillé, lettre de motivation et lettres de recommandation.
Date limite de réception des candidatures : 30/06/2025, à recrutement[at]ecole-navale.fr sous la référence Doctorant OPAPIVA.