[H/F] Dispositifs à base de métamatériaux pour la récupération d'énergie et semelles en métamatériaux

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 :
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 ;
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