Soutenance de thèse

M Doan LE ANH

Vendredi 1er mars 2019 à 14h00
Aamphithéâtre de l’IEMN-DOAE sur le campus du Mont-Houy de l’UPHF

Jury:

• M. Bruno ALLARD, Professeur des Universités, INSA de Lyon / Laboratoire Ampère, Lyon (Rapporteur),
• M. Ramiro GODOY-DIANA, Chargé de recherches CNRS HDR, ESPCI / PMMH, Paris (Rapporteur)
• M. André PREUMONT, Professeur des Universités, ULB / Active Structures Laboratory, Bruxelles (Examinateur)
• Mme Guylaine POULIN-VITTRANT, Chargé de recherches CNRS, INSA-CVL GREMAN, Blois (Examinatrice)
• Éric CATTAN, Professeur des Universités, UPHF / IEMN, Valenciennes (Directeur de thèse)
• M. Sébastien GRONDEL, Professeur des Universités, UPHF / IEMN, Valenciennes (Directeur de thèse)
• M. Olivier Thomas, Professeur des Universités, ENSAM/ LSIS, Lille (Invité)

Résumé :

Au cours des dernières décennies, la possibilité d’exploiter les capacités de vol exceptionnelles des insectes a été à l’origine de nombreuses recherches sur l’élaboration de nano-véhicules aériens (NAVs) à ailes battantes. Cependant, lors de la conception de tels prototypes, les chercheurs doivent analyser une vaste gamme de solutions liées à la grande diversité des insectes volants pour identifier les fonctionnalités et les paramètres adaptés à leurs besoins. Afin d’alléger cette tâche, le but de ce travail est de développer un outil permettant à la fois d’examiner le comportement cinématique et énergétique d’un nano-véhicule aérien à ailes flexibles résonantes, et donc d’évaluer son efficacité.

Cet objectif reste néanmoins extrêmement difficile à atteindre car il concerne des objets de très petites tailles. Aussi, nous avons choisi tout d’abord de travailler sur un micro-véhicule aérien (MAV) à ailes battantes. Il s’agit avant tout de valider l’outil de modélisation à travers une comparaison systématique des simulations avec des résultats expérimentaux effectués lors de l’actionnement des ailes, puis au cours du décollage et du vol stationnaire du prototype. Une partie des connaissances et expériences acquises pourra ensuite être utilisée afin de mieux comprendre le fonctionnement et identifier la distribution d’énergie au sein du NAV.

Bien que les deux véhicules s’inspirent directement de la cinématique des ailes d’insectes, les mécanismes d’actionnement des ailes artificielles des deux prototypes ne sont pas les mêmes en raison de la différence de taille. Comme le NAV est plus petit, ces ailes ont un mouvement de battement à une fréquence plus élevée que celles du MAV, à l’instar de ce qui existe dans la nature. En conséquence, lorsque l’on passe du MAV au NAV, le mécanisme d’actionnement des ailes doit être adapté et cette différence nécessite d’une part, de revoir la conception, l’approche de modélisation et le processus d’optimisation, et d’autre part, de modifier le procédé de fabrication. Une fois ces améliorations apportées, nous avons obtenu des résultats de simulations en accord avec les tests expérimentaux.

Le principal résultat de ce travail concerne l’obtention pour les deux prototypes, le MAV et le NAV, d’une cinématique appropriée des ailes, qui conduit à une force de portance équivalente au poids. Nous avons d’ailleurs démontré que le MAV était capable de décoller et d’avoir un vol stationnaire stable selon l’axe vertical. En tirant parti des modèles basés sur le langage Bond Graph, il est également possible d’évaluer les performances énergétiques de ces prototypes en fonction de la dynamique de l’aile. En conclusion, cette étude contribue à la définition des paramètres essentiels à prendre en compte lors de la conception et l’optimisation énergétique de micro et nano-véhicules à ailes battantes.