Conception d'absorbeurs dynamiques piézoélectriques ajustables // Design of ajustable piezoelectric tuned mass damper

Le développement de structures légères dans les secteurs de l'aéronautique et de l'automobile a introduit des défis techniques liés à la gestion des vibrations et du bruit. Les absorbeurs dynamiques classiques, bien qu'efficaces, nécessitent un ajustement de fréquence a priori et ne peuvent s'adapter à des variations des réponses fréquentielles des structures sur lesquelles ils sont installés. Dans ce contexte, le projet ANR FAPARVA étudie une approche innovante : des absorbeurs dynamiques piézoélectriques auto-alimentés, dont la fréquence de résonance peut être ajustée électriquement via des interfaces semi-passives, sans source d'énergie externe. Ces systèmes combinent :
• Atténuation des vibrations par accord de fréquence dynamique.
• Récupération d'énergie pour alimenter les circuits de contrôle.
• Intégration compacte grâce à l'utilisation de matériaux piézoélectriques.

La thèse combinera des développements théoriques (modèles analytiques, simulations FEM) et des validations expérimentales, avec une attention particulière sur l'autonomie énergétique et la robustesse des systèmes développés. Les travaux viseront à :
1. Modéliser le comportement électromécanique des absorbeurs dynamiques piézoélectriques avec des interfaces électriques passives et semi-passives sur Matlab ou Python, et analyser l'influence de paramètres adimensionnels (couplage piézoélectrique, rapport de masse, amortissement électrique) pour maximiser l'atténuation et l'accord de fréquence.
2. Dimensionner à l'aide de simulations FEM des systèmes piézoélectriques qui permettront une forte influence du circuit électrique sur le comportement mécanique, et concevoir des prototypes dont les contraintes sont adaptées aux domaines aéronautiques et automobiles.
3. Valider expérimentalement les modèles par la conception de bancs d'essai et la réalisation des mesures vibratoires ainsi que de puissances électriques.
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The development of lightweight structures in the aerospace and automotive sectors has introduced technical challenges related to vibration and noise management. Conventional dynamic absorbers, although effective, require prior frequency adjustment and cannot adapt to variations in the frequency responses of the structures on which they are installed. In this context, the ANR FAPARVA project is studying an innovative approach: self-powered piezoelectric dynamic absorbers, whose resonance frequency can be adjusted electrically via semi-passive interfaces, without an external power source. These systems combine:
• Vibration attenuation through dynamic frequency tuning.
• Energy harvesting to power control circuits.
• Compact integration through the use of piezoelectric materials.

The thesis will combine theoretical developments (analytical models, FEM simulations) and experimental validations, with a particular focus on the energy autonomy and robustness of the systems developed. The work will aim to:
1. Model the electromechanical behavior of dynamic piezoelectric absorbers with passive and semi-passive electrical interfaces on Matlab or Python, and analyze the influence of dimensionless parameters (piezoelectric coupling, mass ratio, electrical damping) to maximize attenuation and frequency tuning.
2. Using FEM simulations to dimension piezoelectric systems that will allow the electrical circuit to have a strong influence on mechanical behavior, and designing prototypes whose constraints are adapted to the aeronautics and automotive fields.
3. Experimentally validating the models by designing test benches and performing vibration and electrical power measurements.
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Début de la thèse : 01/10/2026

Other public funding

ANR Financement d'Agences de financement de la recherche

Université de Savoie Mont-Blanc

634 Sciences Ingénierie Environnement

Formation : Master 2 ou diplôme d'ingénieur en mécatronique, génie mécanique, génie électrique, acoustique/structures, ou domaine connexe. Compétences techniques : • Modélisation multiphysique (MATLAB/Simulink) et simulations éléments finis (Comsol, ANSYS, ou équivalent) • Conception mécanique (Solidworks ou équivalent) • Instrumentation et connaissances en électronique (un plus). Qualités personnelles : • Goût pour la recherche théorique et expérimentale, ainsi que le travail en équipe pluridisciplinaire. • Autonomie, curiosité scientifique. • Bonne maîtrise de l'anglais.
Education: Master's degree or engineering degree in mechatronics, mechanical engineering, electrical engineering, acoustics/structures, or a related field. Technical skills: • Multiphysics modeling (MATLAB/Simulink) and finite element simulations (Comsol, ANSYS, or equivalent) • Mechanical design (Solidworks or equivalent) • Instrumentation and knowledge of electronics (a plus). Personal qualities: • Interest in theoretical and experimental research, as well as working in a multidisciplinary team. • Independence, scientific curiosity. • Good level of English.