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CIFRE - Contribution au développement d’une balance électrostatique pour la réalisation du milligramme dans le Système International d’unités

ABG-100348 Thesis topic
2021-10-01 Cifre
Laboratoire National de Métrologie et d'Essais (LNE)
Trappes (80%) / Paris-Saclay (20%) - Ile-de-France - France
CIFRE - Contribution au développement d’une balance électrostatique pour la réalisation du milligramme dans le Système International d’unités
  • Electronics
  • Engineering sciences

Topic description

Objectifs et contexte de la thèse :


Le domaine des masses et des grandeurs apparentées est entré dans l’ère quantique le 20 mai 2019 avec la mise en vigueur de la définition du kilogramme en termes de la constante de Planck h, valeur que les travaux du LNE au moyen de la balance de Kibble ont contribué à fixer.
À présent, le formidable potentiel de réaliser des masses n’importe quelle échelle, en fonction d’une constante fondamentale dont la valeur est exacte par convention va révolutionner le domaine des masses et des forces.
Suite des travaux sur la balance de Kibble pour le kilogramme au LNE, le développement d’une balance électrostatique pour le milligramme constitue le démarrage d’une nouvelle activité aux multiples applications potentielles, de l’amélioration des capacités d’étalonnage en masse des laboratoires aux étalonnages traçables de capteurs de forces, en passant par la détermination de la constante de raideur des leviers d’AFM


Missions confiées :


Dans le cadre de cette thèse CIFRE, vos missions principales consisteront à :
- Concevoir et faire réaliser un condensateur :

  • Permettant de générer des forces verticales comprises entre 1 μN et 10 mN, avec une résolution meilleure que le nanonewton ;
  • Et dont la capacité (quelques picofarads), peut être mesurée à mieux que 10-6 en valeur relative

- Mettre au point une méthode pour appliquer une tension au condensateur et la mesurer avec les incertitudes requises, à partir d’un voltmètre commercial et d’une source de tension commerciale.

- Mettre au point une méthode pour mesurer la capacité du condensateur avec les incertitudes requises, à partir d’un pont de capacités.

- Concevoir et faire réaliser un système de comparaison de forces en s’appuyant sur une étude mécanique rigoureuse, notamment par éléments finis, de manière à répondre au cahier des charges (en particulier résolution meilleure que le nanonewton, portée 10 mN)

- Intégration de ces éléments dans une enceinte à vide et interfaçage de système commerciaux (interféromètre, source de tension)

- Réalisation de premières déterminations de masse

- Détermination d’un premier bilan d’incertitude

Funding category

Cifre

Funding further details

Thèse CIFRE 3 ans

Presentation of host institution and host laboratory

Laboratoire National de Métrologie et d'Essais (LNE)

Leader dans l’univers de la mesure et des références, jouissant d’une forte notoriété en France et à l’international, le LNE soutient l’innovation industrielle et se positionne comme un acteur important pour une économie plus compétitive et une société plus sûre.
Au carrefour de la science et de l’industrie depuis sa création en 1901, le LNE offre son expertise à l’ensemble des acteurs économiques impliqués dans la qualité et la sécurité des produits.
Pilote de la métrologie française, notre recherche est au coeur de notre mission de service public et constitue un facteur fondamental au soutien de la compétitivité des entreprises.
Nous avons à coeur de répondre aux exigences des industriels et du monde académique, pour des mesures toujours plus justes, effectuées dans des conditions de plus en plus extrêmes ou sur des sujets innovants tels que les véhicules autonomes, les nanotechnologies ou la fabrication additive.

Candidate's profile

Vous êtes actuellement en Master 2 en électromécanique, instrumentation, électricité-magnétisme.
Vous disposez d’un goût pour la mesure et l’instrumentation et vous appréciez le travail d’équipe.
Vous êtes reconnu.e pour votre rigueur, votre dynamisme et votre créativité. Vous savez être force de propositions. Ces qualités vous permettront de mener à bien vos missions.
Une aptitude à la rédaction de rapport est fortement requise
Vous maîtrisez l’anglais (oral et écrit).

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