Architectures électroniques de puissance originales et tolérantes aux défauts pour systèmes piles à combustible dans les transports lourds: conception, modélisation, validations expérimentale et hil (h/f)

Informations générales

Intitulé de l'offre : Architectures électroniques de puissance originales et tolérantes aux défauts pour systèmes piles à combustible dans les transports lourds : conception, modélisation, validations expérimentale et HIL (H/F)
Référence : UMR7198-MARTAI-122
Nombre de Postes : 1
Lieu de travail : NANCY
Date de publication : vendredi 25 juillet 2025
Type de contrat : CDD Doctorant
Durée du contrat : 36 mois
Date de début de la thèse : 1 octobre 2025
Quotité de travail : Complet
Rémunération : La rémunération est d'un minimum de 2200,00 € mensuel
Section(s) CN : 08 - Micro et nanotechnologies, micro et nanosystèmes, photonique, électronique, électromagnétisme, énergie électrique

Description du sujet de thèse

Cette proposition de thèse s’inscrit dans un projet d’envergure intitulé HYSySPEM (Optimization of HYbrid energy SyStem with multi-stack PEM fuel cells for heavy duty transportation applications), sélectionné et financé par l'Agence Nationale de la Recherche (ANR) - appel à projets "Programme France 2030 - PEPR Hydrogène décarboné" ( https:///fileadmin/aap/2021/selection/.
Le projet HYSySPEM vise à améliorer la résilience aux défauts des systèmes hybrides piles à combustible PEM pour les transports lourds, de forte puissance (camions, trains, avions et bateaux) grâce à une approche systémique. L'optimisation des architectures électriques et fluidiques sera réalisée dans le contexte d’une approche modulaire multi-stacks. Les améliorations du contrôle local ainsi que de la gestion de l'énergie et de la puissance au niveau de l'hybridation seront couplées à une approche de contrôle tolérant aux défauts pouvant survenir au niveau des convertisseurs de puissance, afin d'assurer un très haut niveau de disponibilité du système. Le projet HYSySPEM permettra une forte dissémination scientifique avec un travail collaboratif renforcé entre les sept partenaires du consortium (CEA LITEN, IFPEN, IJL, FEMTO-ST, LEMTA, AMPERE, IREENA), à travers la co-supervision de 8 thèses de doctorat.
Le projet HYSySPEM propose de développer et de valider de nouvelles architectures (électriques et fluidiques) et de nouveaux contrôles pour le développement de systèmes hybrides piles à combustible, adaptés aux véhicules lourds. En particulier, l'accent sera mis sur i/ l'efficacité du système de pile à combustible en optimisant les composants clés (compresseur, électronique de puissance) ; ii/ la durée de vie de la pile à combustible en optimisant les conditions de fonctionnement dynamiques et la gestion de la puissance et de l'énergie ; iii/ la durée de vie de la pile à combustible et de son système en mettant en œuvre un fonctionnement tolérant aux défauts ; iv/ l'augmentation de la puissance électrique avec une approche multi-stacks.
Plus particulièrement, la thèse proposée se concentrera sur des architectures électroniques de puissance originales et tolérantes aux pannes pour les systèmes hybrides de piles à combustible développés dans le Work Package 3, afin de contribuer au Work Package #4 - « Fault tolerant operation of single and multi-stack Fuel Cell hybrid systems ».
En fonction de l'application ciblée et de la puissance requise, les architectures électroniques de puissance étudiées seront différentes et des systèmes pile à combustible à une ou plusieurs piles pourront être envisagés. Dans chaque cas, une détection avancée et globale des défaillances, associée à un contrôle tolérant à ces défauts, sera effectuée afin de mettre en œuvre une reconfiguration globale du système. Ainsi, en cas de défaillance, un fonctionnement tolérant aux défaillances pourra être envisagé après défaut, en mode dégradé ou non.
La personne recrutée sera pleinement impliquée dans le projet HYSySPEM et participera à toutes les réunions. Les travaux de recherche qu’elle réalisera durant la thèse se concentreront sur les Work Packages WP4 et WP5, et plus particulièrement sur les tâches 4.2 et 5.2, pour lesquelles les laboratoires IJL et FEMTO-ST sont responsables.
Les principaux objectifs des travaux de recherche à mener sont les suivants :
- Proposer des algorithmes de détection de défauts basés modèle ou basés signal (diagnostic et identification d'un défaut) pour les composants actifs des architectures électroniques de puissance originales de systèmes pile mono ou multi-stacks (étudiées en mode sain dans le Work package 3).
- Étude de mesures correctives avancées, y compris des approches de contrôle tolérantes aux défauts basées sur la reconfiguration du système pile, afin de garantir la continuité de service post-défaut.
- Développer et réaliser la validation HIL en temps réel de certaines architectures électroniques de puissance tolérantes aux pannes, sélectionnées pour les applications de transport lourd ou maritime.
- Valider le fonctionnement tolérant aux pannes à petite échelle, sur banc d'essai expérimental.
Le doctorant sera supervisé conjointement par Philippe POURE (Professeur à l'IJL) et Arnaud GAILLARD (Maître de conférences à Femto-st).
Vous êtes sur le point d'obtenir (ou avez obtenu) un Master2 ou un Diplôme d’Ingénieur en systèmes énergétiques, en électronique ou en génie électrique avec une solide expérience dans au moins plusieurs des domaines suivants : conversion électronique de puissance, gestion et conversion de l'énergie, circuits et systèmes électroniques, modélisation et simulation pour le contrôle des convertisseurs de puissance. Votre profil doit permettre de comprendre les interactions dans les systèmes de conversion d'énergie multidisciplinaires (systèmes de piles à combustible). Des compétences en intelligence artificielle seraient également appréciées. D'excellentes compétences en communication écrite et orale en anglais sont obligatoires. La maîtrise du français pourrait être un plus, mais n'est pas obligatoire.

Contexte de travail

L’Institut Jean Lamour (IJL) est une unité mixte de recherche du CNRS et de l’Université de Lorraine. Spécialisé en science et ingénierie des matériaux et des procédés, il couvre les champs suivants : matériaux, métallurgie, plasmas, surfaces, nanomatériaux, électronique.
En 2025, l'IJL compte 259 permanents (34 chercheurs, 133 enseignants-chercheurs, 92 IT-BIATSS) et 374 non-permanents (136 doctorants, 48 post-doctorants / chercheurs contractuels et plus de 190 stagiaires), d’une soixantaine de nationalités différentes. Il collabore avec plus de 150 partenaires industriels et ses collaborations académiques se déploient dans une trentaine de pays. Son parc instrumental exceptionnel est réparti sur 4 sites dont le principal est situé sur le campus ARTEM à Nancy.
L'institut FEMTO-ST est une unité mixte de recherche (UMR 6174) entre le CNRS et l'Université Marie et Louis Pasteur, SUPMICROTECH et l'UTBM. L'Institut FEMTO-ST est un laboratoire de recherche public de niveau international qui compte plus de 700 personnes. Les services de soutien scientifique sont organisés en services partagés. L'activité scientifique est organisée en sept départements scientifiques et une équipe de recherche transversale. Le département ENERGIE est plus spécifiquement concerné par ce travail de thèse. Ce département qui compte environ 120 membres, concentre ses activités de recherche sur les énergies électriques et thermiques. Il complète les recherches menées au sein des six autres départements de FEMTO-ST par une approche systémique de l'énergie axée sur la production et la gestion d'une énergie efficace, abordable et respectueuse de l'environnement.

Le poste se situe dans un secteur relevant de la protection du potentiel scientifique et technique (PPST), et nécessite donc, conformément à la réglementation, que votre arrivée soit autorisée par l'autorité compétente du MESR.

Contraintes et risques

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