Thèse Vers des Structures Piézoélectriques de Mesure Résilientes avec une Capacité d'Autoréparation et d'Une Reconstruction Intélligente H/F - Doctorat.Gouv.Fr

Établissement : Institut National Polytechnique de Toulouse École doctorale : SYSTEMES Laboratoire de recherche : LGP - Laboratoire Génie de Production Direction de la thèse : Micky RAKOTONDRABE ORCID 0000000264137271 Début de la thèse : 2027-09-01 Date limite de candidature : 2026-11-23T23:59:59 Les capteurs pour la surveillance de l'intégrité structurelle (SHM) sont conçus pour détecter les dommages de la structure hôte en supposant que ces capteurs restent fiables. A long terme cependant, ces capteurs ainsiq ue leurs connexions peuvent subir des défaillances, des dérives, un décollement ou une perte de sensibilité/communication, créant ainsi des zones aveugles et risquant de faire confondre la dégradation des capteurs avec les dommages structurels. Ce projet vise à développer une nouvelle classe de structures de détection intelligentes, dotées de capacités d'autodiagnostic et d'autoréparation, capables de diagnostiquer la dégradation de leurs propres capacités de mesure tout en préservant l'observabilité de la structure hôte qui est surveillée.

La thèse se concentrera sur l'autoréparation au niveau du dispositif de mesures et du système plutôt que sur la synthèse de matériaux intrinsèquement autoréparables. Pour cela, le projet inclue d'abord le développement des transducteurs piézoélectriques distribués pour la mesure, puis étudie les observateurs basés sur des modèles et des méthodes de reconstruction fondées sur les données. En cas de défaillance d'un capteur ou d'une interconnexion entre plusieurs capteurs, le système identifiera la panne, reconfigurera les ressources de détection disponibles et reconstruira les informations manquantes grâce aux mesures des capteurs voisins, à des capteurs virtuels (observateurs) et à une intelligence informée par la physique. Le concept sera validé sur un panneau léger (métallique ou composite) représentatif de structures aéronautiques, spatiales ou liées aux énergies renouvelables.

Les objectifs sont les suivants :
O1 - Architecture de détection résiliente. Concevoir des topologies de détection piézoélectrique distribuée favorisant la capacité de rétablissement, en utilisant comme critères de conception le positionnement des capteurs, la redondance ainsi que les grammiens d'observabilité et de contrôlabilité.
O2 - Autodiagnostic. Détecter et distinguer les défaillances de capteurs (biais systématiques, pannes temporaires), les dérives d'étalonnage, les décollements et les ruptures de connexion des véritables modifications de la structure hôte, y compris les comportements malveillants liés à des cyberattaques.
O3 - Intelligence d'autoréparation. Développer des stratégies de reconfiguration, de fusion de données et d'estimation d'état (filtrage de Kalman, estimation bayésienne, détection virtuelle par observateur) ou d'autres méthodes probabilistes (agrégation d'informations bayésienne, algorithmes de consensus) pour reconstruire les mesures perdues et rétablir la capacité d'information.
O4 - Démonstration d'un système SHM résilient. Quantifier le rétablissement des performances de détection et de localisation des dommages face à des défaillances progressives du système de détection. Self-healing research has evolved from autonomous repair of polymer composites to reconfigurable optical and wireless sensor networks, and later to sensing materials able to recover mechanical and electrical functionality. However, these lines largely remain separated: material healing addresses physical repair; network healing preserves connectivity or coverage; and fault-tolerant estimation compensates for corrupted measurements. A unified mechatronic approach that jointly designs the smart transducer architecture and its intelligence to maintain SHM performance is still missing.
The central research question is: how can a smart sensing structure autonomously preserve or recover its monitoring capability after local damage, degradation or loss of functionality? The project hypothesises that observability-driven design of distributed piezoelectric structures, combined with fault diagnosis and hybrid model/data-based reconstruction, can maintain reliable damage identification even when part of the sensing layer is unavailable.

Le candidat doit avoir des connaissances de base en automatique et en conception des systèmes.
Avoir une notion en structures et systèmes à base de matériaux actifs, dont piézoélectriques, est un atout.
De même, avoir une notion en PHM/SHM est un atout.

Application link: https://edd-projets.utoulouse.fr/