N/A
Offre de thèse
Temps plein
2200€ / mois
Diplôme d'ingénieur
Entre 0 et 2 ans
Doctorant
01/06/2026
Cette proposition de thèse s’inscrit dans un projet amont concernant l’amélioration des performances de blindages dits « bi-dureté » constitués d’une couche de céramique (en face avant) et d’une couche de composite (en face arrière dite de backing) schématisés figure 1. La fonction principale de la couche céramique est de ralentir la progression du projectile impactant en dissipant de l’énergie par fragmentation [Rahbek 2017, Shokrieh 2008, Colar 2013, Colar 2015]. La fonction principale de la couche de backing est de retenir les fragments de céramique (critère de non-perforation) et de limiter l’enfoncement de la protection (critère d’enfoncement). Pour assembler ces deux matériaux, une colle est utilisée. Actuellement cette couche de colle n’est pas explicitement fonctionnalisée pour participer aux performances du blindage. Un des objectifs principaux de ce projet est de comprendre et modéliser la fonction de cette couche pour l’amélioration du blindage
S’il est fondamental de comprendre les modes de fragmentation de la face avant sous l’impact ainsi que les modes de rupture du backing, il s’avère nécessaire de considérer l’influence de la résistance de la colle sur ces modes de ruptures. C’est en effet la résistance à la rupture de la colle qui permet au système d’avoir une rigidité en flexion suffisante limitant la déflection face arrière, et permettant de prévenir la perforation de la couche de « backing » par des fragments de céramique. La colle a aussi pour rôle le maintien de la couche de « backing ». Il est aussi probable et important d’analyser par un couplage Essais-Calculs afin de comprendre si la couche de colle peut participer à l’amélioration de la fragmentation de la couche de céramique. Un autre objectif de ce projet est donc de capitaliser les développements des modèles de comportement développés lors du précédent projet AID « tri-couches » [Essongue 2022] et de la thèse DGA/ISL de Tristan Camalet [Camalet 2020, Duplan 2020, Francart 2017] mais aussi des développent réalisés dans les laboratoires partenaires concernant le comportement des interfaces collées [Lopez-Puente 2005, Lélias 2018, Jaillon 2019a 2019b, Planas 2024],
De plus, dans le développement de ces protections, la recherche de nouveaux matériaux et d’assemblages optimisés pour satisfaire au mieux les critères de protection (Absorption d’énergie, non perforation du backing, poinçonnement du backing, réutilisation, protection multi-impacts, recyclabilité et environnement) est nécessaire. Dans ce cadre, deux partenaires identifiés (actuellement partenaire de l’ISAE-SUPAERO) Arkema pour les colles et St Gobain pour les matériaux de protection (en face avant et pour le backing) souhaitent participer au projet par la fourniture de matériaux colles (Arkema) ou de matériaux nouveaux (Saint Gobain). Ce dernier point constitue un objectif d’ouverture du projet concernant l’étude de nouveaux matériaux en face avant et de backing.
Les travaux de thèse s’inscrivent donc à la suite de ces activités de recherche dans le domaine (travaux réalisés à l’ISAE-SUPAERO/ICA en collaboration avec ICUBE et l’ISL depuis 2017 (Thèse CAMALET / Post Doc ESSONGUE) et s’intéresse plus particulièrement à l’influence de la rupture ou des propriétés de tenue de la colle sur la modification de fragmentation de la céramique et la déflection/endommagement du backing. Les travaux de thèse s’inscrivent aussi dans une thématique concernant la modélisation à grande vitesse du comportement des matériaux et des structures composites assemblés collés (et/ou boulonnés).
Utilisation d’algorithmes d’IA et de modélisations discrètes pour améliorer le contrôle des manœuvres d’une aile de parachute souple
N/A
Offre de thèse
Temps plein
~2000€ / MOIS
Diplôme d'ingénieur
Entre 0 et 2 ans
Doctorant
Contexte : La complexité et le caractère non-linéaire instable et incertain de la réponse de voilures de parachutes souples de grandes dimensions, en interaction avec un fluide environnant sous l’effet d’actions de manœuvre, sont des verrous pour les modèles et algorithmes déterministes de contrôle de la mécanique du vol. Les méthodes classiques de simulation par éléments finis faiblement ou fortement couplées, coûteuses et instables, ne peuvent pas être utilisées pour en améliorer la construction.
Projet : Pour répondre à ce défi de modélisation et de simulation, un code de recherche en calculs des structures basé sur une méthode discrète [1], est en développement dans l’équipe. Ce code est frugal en temps de calcul et permet d’évaluer l’influence d’effets locaux de la déformation des tissus sur les efforts de manœuvre. L’objet de la thèse est d’améliorer l’outil existant afin de permettre le dialogue avec des algorithmes d’intelligence artificielle (IA) [2,3] pour l’analyse de la stabilité et de la pilotabilité de la voile. La thèse vise à répondre à l’ambition de faire communiquer et interagir des sciences de la mécanique des structures avec celles du contrôle et celles des algorithmes mathématiques d’IA.
Intégration et Cohérence des Modèles dans un Processus de Co-Conception MBSE-MBSAMDAO
N/A
Offre de thèse
Temps plein
2600€ / mois
Master
Entre 0 et 2 ans
Doctorant
31/07/2026
Le thème de l’interopérabilité des approches de conception et d’analyse basées sur des modèles est un de nos axes de recherche forts. Ce sujet de thèse s’inscrit dans la continuité des travaux menés dans le cadre du projet collaboratif CONCORDE entre ONERA, ISAE et ENAC. Les résultats attendus doivent permettre de consolider nos avancées dans le domaine de la synergie entre modèles, et ouvrir de nouvelles collaborations à l’aide de la plateforme
de laboratoire envisagée.
Fissuration dynamique dans les structures de grandes dimensions par la XFEM ductile cohésive 3D
N/A
Offre de thèse
Temps plein
~2000€ / AN
Master
Entre 0 et 2 ans
Doctorant
15/05/2026
Le projet global dans lequel s’inscrit cette thèse vise à reproduire numériquement la réponse jusqu’à la rupture de structures métalliques (navales, aéronautiques, etc) de grandes dimensions face à des surcharges accidentelles (collision, choc, etc) mettant en jeu des grandes déformations et vitesses de déformation.
L’objectif est de reproduire dans une méthodologie unifiée, basée sur la méthode des éléments finis, les étapes successives (endommagement ductile/localisation de la déformation/propagation de la fissure) menant à la ruine ultime de la structure lorsque celle-ci est soumise à des chargements sévères et en particulier de type impact/choc.
Compilation modèle-vers-FPGA pour systèmes réactifs critiques
Offre de thèse
Temps plein
Diplôme d'ingénieur
Entre 0 et 2 ans
Doctorant
12/03/2026
Les systèmes embarqués critiques du domaine aéronautique et spatial exigent simultanément temps réel garanti, prédictibilité et traçabilité du code exécuté. Les circuits FPGA constituent aujourd’hui une solution privilégiée pour ces applications, grâce à leur capacité à combiner hautes performances, faible latence et reconfigurabilité.
Toutefois, la synthèse matérielle certifiable à partir de modèles de contrôle reste un verrou technologique. La précédente thèse menée conjointement par l’ENAC, l’ISAE-SUPAERO et le CNES, intitulée Génération de circuits FPGA pour les systèmes critiques / Autocoding of FPGA for advanced GNC algorithm, a permis de franchir une première étape majeure en développant une chaîne de compilation complète depuis Lustre jusqu’à des netlists FPGA via Reticle.
Ce travail a démontré la faisabilité d’une synthèse prédictible, traçable et performante, ouvrant la voie à une automatisation partielle du flot matériel pour les systèmes critiques (présentée à IEEE SMC-IT 2024 [1]).
La thèse proposée vise à renforcer la fiabilité et la certification des systèmes embarqués critiques utilisés dans l’aéronautique et le spatial, en améliorant la compilation automatique de modèles de contrôle vers des circuits FPGA. Ces circuits, prisés pour leur performance et leur reconfigurabilité, exigent un flot de conception garantissant temps réel, traçabilité et prédictibilité.
Elle s’inscrit dans la continuité du prototype PYXIS [2], qui a démontré la faisabilité d’une génération automatique de circuits FPGA à partir du langage synchrone Lustre via le compilateur Reticle. L’objectif est désormais d’étendre cette chaîne pour la rendre plus complète, formelle et vérifiable.
Trois axes de recherche structurent le projet :
- L’extension du front-end Lustre pour prendre en charge les automates et horloges logiques, assurant la traduction formelle et traçable des systèmes hiérarchiques et multi-taux.
- L’intégration d’algorithmes d’optimisation embarqués (tels que les solveurs QP ou la commande prédictive MPC) directement synthétisables sur FPGA, afin de traiter des fonctions avancées de contrôle temps réel.
- L’introduction d’un solveur logique (MiniSAT) au sein du compilateur, permettant la vérification automatique de propriétés structurelles du circuit généré et posant les bases d’une certification formelle.
La méthodologie prévoit quatre phases : formalisation du langage, intégration des optimisations, ajout de la vérification SAT, puis évaluation expérimentale sur plateformes FPGA Artix-7 et UltraScale+.
Les livrables incluent un outil de compilation open-source enrichi, un démonstrateur spatial validé par le CNES, et plusieurs publications internationales.
Ce travail collaboratif mené entre ISAE-SUPAERO et l’ENAC vise à consolider la France comme acteur de référence dans la conception sûre et certifiable de circuits FPGA pour les applications critiques.
[1] I. Winandy, A. Dion, P.-L. Garoche, and F. Manni, “A reactive system-specific compilation chain from synchronous dataflow models to fpga netlist,” in 2024 IEEE 10th International Conference on Space Mission Challenges for Information Technology (SMC-IT), 2024, pp. 11–21.
[2] I. Winandy, A. Dion, P.-L. Garoche, F. Manni, “PYXIS: A higly predictable toolchain for FPGA circuit production of advanced GNC algorithm”, in 2025 IEEE 10th International Conference on Space Mission Challenges for Information Technology (SMC-IT), 2025
Thèse ACTAM : AéroaCoustique du bruit de Train d’Atterrissage Multi-essieux
Offre de thèse
Temps plein
Diplôme d'ingénieur
Entre 0 et 2 ans
Doctorant
Cette thèse propose d’investiguer les mécanismes de génération de bruit de train d’atterrissage multi-essieux en vue de proposer des designs innovants à faible bruit.
Optimisation aérodynamique d’une aile battante par intelligence artificielle
N/A
Offre de thèse
Temps plein
2600€ / MOIS
Étudiant Bac +4/5
Entre 0 et 2 ans
Doctorant
31/05/2026
Les ailes battantes sont une alternative possible aux ailes fixes ou tournantes pour la propulsion d’aéronefs de très faibles dimensions (typiquement inférieures au centimètre). Ce mode de propulsion/sustentation inspiré du monde vivant a été largement étudié depuis une trentaine d’année maintenant, conjointement à l’avènement des micro et nanotechnologies. La compréhension des mécanismes physiques à l’origine des forces aérodynamiques générées par l’aile battante a conduit aux développements récents de prototypes miniaturisés à l’extrême, à l’instar du RoboBee de l’université Harvard ou encore de l’OVMI à l’IEMN. Malgré ces avancées importantes, la conception d’aéronefs à ailes battantes est loin d’être optimale. La difficulté ici est que l’optimisation aérodynamique de la forme et cinématique de l’aile repose sur un grand nombre de paramètres (géométriques et cinématiques) et que la dynamique de l’écoulement est, contrairement aux modes de sustentation conventionnels (voilures fixes et tournantes), fortement instationnaire et non-linéaire, ce qui empêche l’utilisation de modèles analytiques (linéaires) rapides.
Dans cette thèse, nous proposons de réaliser l’optimisation aérodynamique multi-objectifs (portance et efficacité) du vol battu. L’optimisation sera rendue possible par deux évolutions majeures. La première concerne l’accroissement continu des capacités de calculs, permettant de simuler un grand nombre de configurations. Ce nombre n’est toujours pas suffisant pour réaliser l’optimisation directe (i.e. sur la base de simulations numériques uniquement) sur la totalité des paramètres géométriques et cinématiques mais il permet désormais de générer une base de données de taille suffisante pour entrainer un modèle de substitution par réseau de neurones capables de prédire les performances aérodynamiques de l’aile à très faible coût de calcul, et donc de réaliser l’optimisation par couplage du modèle avec un algorithme génétique, etréaliser l’optimisation par apprentissage par renforcement. Ces deux approches de type »apprentissage machine » constituent la seconde évolution importante permettant l’optimisation multi-objectifs sur un très grand espace de paramètres.
Le déroulement de la thèse comprend deux étapes :
Dans un premier temps, des simulations numériques de type résolution directe des équations de Navier-Stokes seront mises en œuvre pour les optimisations par couplage du modèle de substitution et d’un algorithme génétique et par apprentissage par renforcement. La première approche a déjà démontré ses preuves pour l’optimisation d’ailes battantes dans un espace de paramètre plus restreint. La seconde approche a démontré ses preuves pour des problèmes de contrôle mais reste à éprouver pour des problèmes d’optimisation multi-objectifs. L’identification de configurations géométriques et cinématiques optimales (incluant la déformation active de l’aile) conduira alors à l’analyse physique des mécanismes à l’origine de cette optimalité via la méthode de partitionnement de force déjà implémentée au laboratoire. Cette première étape sera conduite à l’ISAE-SUPAERO.
Dans un second temps, les approches suscitées seront mises en œuvre par voie expérimentale. Les mesures d’efforts aérodynamiques instationnaires seront utilisées en lieu et place des simulations numériques pour la génération de données permettant l’apprentissage. Contrairement aux données numériques, les données expérimentales sont sujettes au bruit de mesure et d’actuation. La difficulté ici réside donc dans le transfert des approches et abordées en première partie de la thèse d’un environnement « propre » (simulations numériques) à un environnement bruité (expérimentations). Ici encore, l’identification de configurations géométriques et cinématiques optimales conduira alors à l’analyse physique des mécanismes à l’origine de cette optimalité. Ceci nécessite la mise en œuvre de métrologie optique avancée (ex : mesures de l’écoulement 3D par PIV par balayage) et de la méthode de partitionnement de force sur des données expérimentales. Cette seconde étape sera conduite à l’institut Pprime.
Ce projet de thèse sera mené en partenariat entre l’institut Pprime à Poitiers et l’ISAE-Supaero à Toulouse qui justifient d’une expertise reconnue de longue date sur le sujet. La partie numérique sera réalisée à Toulouse sur une période de 18 mois, les 18 mois restants étant consacrés à la partie expérimentale à Poitiers.
Cavitation in cryogenic fluids in microgravity conditions
N/A
Offre de thèse
Temps plein
2100€ / mois
Master
Entre 0 et 2 ans
Doctorant
01/03/2026
A PhD position is open in the Space Advanced Concepts Laboratory in collaboration with IMFT (institute de mécaniques des fluides des Toulouse)
Supervisors :
- Annafederica Urbano, professor, ISAE Supaero
- Sébastien Tanguy, professor, Université Paul Sabatier, IMFT
Technological context and scientific questions
During depressurization for propellant preconditioning (and cooling) prior to engine ignition or propellant transfer (in the context of space depots), bubbles can form and grow due to cavitation. This is a problem due to vapour accumulation under microgravity conditions and the impact on wall heat transfer. More generally, cavitation, under conditions where phase change predominates, is important for many applications (including nuclear power plants) and raises many questions that are not understood at the small scale.
This justifies the development of the SCREAMH2 microgravity wall cavitation experiment (currently in phase A/B development under an ESA contract), in which ISAE-SUPAERO is participating as part of the scientific team.
There are several scientific open questions regarding pool cavitation. It is unclear how the contact line phenomena (nano-region, wall roughness, cavity shape…), the level and dynamics of depressurization, and the nature of the fluid (pure or in the presence of non-condensable gas) impact the growth of these bubbles and the associated wall heat flux.
This thesis project aims to answer these questions by developing numerical models capable of accurately simulating pool cavitation, in parallel with the development of the SCREAMH2 experiment. The results will serve, on the one hand, as support for the experiment and, on the other hand, for its extension, particularly to configurations with multiple bubbles and in the presence of non-condensable gases.
Background
The present project is a continuation of the team’s recent work on the development of a solver for the direct numerical simulation of two-phase flows with phase change. The originality of the solver, based on a semiimplicit compressible projection method, lies in its thermodynamic consistency, which allows it to describe liquid, vapor, and saturation conditions at the interface for a generic fluid.
The solver has recently been extended to phase change in the presence of a contact line (solid, vapor, liquid) and validated for the simulation of nucleate boiling and pool cavitation. It has thus enabled parametric studies and models developments for bubble cavitation in microgravity at the wall. The models will be extended and generalized in this project.
This project aims to further develop the numerical solver and to use it to answer the scientific questions raised.
- Numerical development of the immersed boundary method [5] to include conjugate heat transfer and contact lines. After validation on basic test cases, configurations with complex geometries will need to be addressed. Initially, the simulation of CH4 pool cavitation used for validation in [4] will be reconsidered with the complex geometry (cylindric support and cavity for the bubble).
- Incondensable gas. The solver will be extended to account for the presence of multi-species vapor and incondensable gases adsorption in the liquid while ensuring thermodynamic consistency at the interface. A surface tension model dependent on local composition will be developed, and the jump conditions will be adapted to take thermo-capillary effects into account. The model will need to be validated for simulation in the presence of Marangoni currents (using existing experimental data).
- Pool cavitation in micro-gravity. Several objectives will be pursued. The first will be to support the SCREAM H2 project with detailed numerical simulations. The second will be to extend the study of pool cavitation to many fluids, considering non-condensable gases and various geometric configurations. In particular, the phase change models developed in [4] will be extended and used to simulate multi-bubble configurations, the interaction between bubbles and their impact on wall heat transfer in microgravity.
Impact
While this project focuses on pool cavitation in microgravity, it is important to note that the developments envisaged are also intended to simulate and study other phenomena involving phase change in compressible flows in the presence of contact lines. These include 1) sloshing in tanks and 2) hydrodynamic cavitation with the development of cavitation pockets. It is planned to study such configurations towards the end of the thesis project, depending on how the project progresses.
Work environment
The PhD will be funded by CNES and will be hosted in the Space Advanced Concepts Laboratory at ISAE Supaero in collaboration with IMFT.
Towards mixed-initiative planning systems: building upon automated planning and plan recognition systems to construct solutions collaboratively
Offre de thèse
Temps plein
4.35/ heure
Stagiaire, Doctorant
Residual strength and sizing of aeronautical composite assemblies exposed to electric currents
Offre de thèse
Temps plein
Diplôme d'ingénieur
31/12/2025
This Cifre thesis with Airbus investigates the impact of electrical currents on composite bolted joints in CFRP airframes, aiming to understand failure mechanisms and develop predictive models for residual strength.