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CIFRE - Etude et fiabilisation des contacts électriques glissants pour des applications aéronautiques et spatiales

ABG-93394 Thesis topic
2020-09-04 > €25,000 and < €35,000 annual gross
GeePs | Group of electrical engineering - Paris, UMR CNRS 8507, CentraleSupélec, Univ. Paris-Sud, Université Paris-Saclay, Sorbonne Universités, UPMC Univ Paris 06
Gif sur Yvette - Ile-de-France - France
CIFRE - Etude et fiabilisation des contacts électriques glissants pour des applications aéronautiques et spatiales
  • Engineering sciences
  • Electronics
  • Materials science
Contacts électriques, tribologie, usure, revêtements, lubrification

Topic description

Contexte

De nombreuses applications industrielles ont largement recourt à des composants rotatifs intégrant des contacts électriques glissants, en particulier dans l’Aéronautique et le Spatial. Ces composants peuvent aussi bien être amenés à faire passer des courants forts que des signaux discrets, fréquentiels (vidéo 3G-SDI, RS-232, etc.) ou des bus de communications (CAN, Ethernet, USB). Aujourd’hui, à une grande exigence de fiabilité même dans des environnements sévères, s’ajoute la nécessité de mettre en place des procédés de fabrication répondant aux directives et aux réglementations RoHs et REACH (directives Européennes relatives à des restrictions d’utilisation de matières premières). Cette thèse s’inscrit donc dans une démarche de compréhension et d’optimisation des performances et des durées de vie de ces composants et systèmes, dans le respect des nouvelles contraintes environnementales.

 

Sujet de la thèse

Dans ce contexte, l’étude portera sur les contacts électriques glissants mettant en œuvre des surfaces dorées lubrifiées. L’utilisation de l’or dans ce type de contacts est en effet très répandue du fait de ses propriétés tribologiques ainsi que ses propriétés inoxydables. Les contacts électriques glissants de l’étude impliquent des pistes dorées et des contacteurs (ou balais) en or allié. Le procédé d’élaboration implique des matériaux ou revêtements spécifiques optimisés au cours des ans ainsi que l’utilisation d’un film de lubrifiant.

Un des objectifs du travail sera d’étudier l’influence des caractéristiques (mécaniques et physico-chimiques) des matériaux mis en œuvre sur les propriétés des contacts glissants au cours du temps caractérisées par :

  • la stabilité des propriétés électriques et notamment un bruit électrique faible,
  • une usure faible assurant une grande durée de vie des systèmes.

Plusieurs travaux [1-2] relient les augmentations de bruit électrique aux phénomènes tribologiques. Il s’agira donc déjà de caractériser finement ces phénomènes tribologiques et de mettre en évidence les paramètres importants qui les régissent. On peut citer la dureté des matériaux et revêtements, la topographie de surface, le mode de lubrification et les conditions de fonctionnement telles que la vitesse de rotation, la nature des signaux et le mode d’application des efforts de contact.

Un deuxième objectif sera d’étudier et mettre en œuvre différents revêtements permettant à la fois d’améliorer les performances tribologiques et électriques tout en respectant les contraintes environnementales pour les différents types d’applications. Les procédures de validation de ces nouveaux revêtements et procédés sont complexes du fait de la spécificité de la physique du contact piste/contacteur.

Avec le support de l’équipe encadrante, le (la) candidate contribuera à définir un dispositif d’essais simplifié mais représentatif qu’il faudra instrumenter en fonction des différents types d’application. A l’issue des essais et pour les différentes solutions de revêtement, le (la) candidate utilisera les différents moyens de caractérisation des surfaces des deux laboratoires afin de définir la meilleure solution en terme de performance, fiabilité et durée de vie.

En fonction de l’avancement des travaux, une ouverture sur des applications du système dans un environnement plus sévère (type spatial) pourra être envisagée.

 

[1] T. Ueno et.al, “Fundamental study of electrical sliding contacts comprising a Au coated slip ring and Au brush”, Proc. 27th International Conference on Electrical Contacts, Juin 2014, Dresde, Allemagne.

[2] C. Holzapfel et al. “Sliding electrical contacts: wear and electrical performance of noble metal contacts”, Proc. IEEE Holm Conference, 2010, Charleston, USA.

Starting date

2020-11-02

Funding category

Cifre

Funding further details

CDD de 3 ans, statut cadre au forfait jours.

Presentation of host institution and host laboratory

GeePs | Group of electrical engineering - Paris, UMR CNRS 8507, CentraleSupélec, Univ. Paris-Sud, Université Paris-Saclay, Sorbonne Universités, UPMC Univ Paris 06

L’entreprise d’accueil fait partie d’un grand groupe aéronautique international. Basée en Île-de-France, elle développe, fabrique et fournit dans le monde entier des équipements électromécaniques spécifiques parmi les meilleurs du marché pour applications sévères (hélicoptères, radars, machines spéciales). Portées par une dynamique de croissance, ses activités R&D sont en forte progression. Son service R&D propose une thèse CIFRE en collaboration avec le laboratoire GeePs.

 

Le laboratoire d’accueil, le GeePs (Génie électrique et électronique de Paris) est une unité mixte de recherche CNRS sous les tutelles conjointes de Centralesupélec, l'Université Paris-Saclay et de Sorbonne Université. Elle rassemble environ 130 personnels permanents. Ses thématiques de recherche couvrent le spectre de l’Electrical Engineering au sens le plus large. L’organisation scientifique du GeePs est actuellement structurée en trois pôles : "Matériaux", "Electronique", "Energie" et deux centres d'expertise : "Modélisation Electromagnétique et Multiphysique" et "Caractérisation, Instrumentation, Plateformes". Le GeePs dispose de nombreux moyens de caractérisations des matériaux (spectroscopies électroniques, vibrationnelles, mesure topographie, AFM en mode CP-AFM et peak force QNM) et d’études des propriétés électriques et mécaniques, des échelles nanoscopiques à macroscopiques. Les personnes impliquées dans l'étude (pôle Matériaux du GeePs) travaillent depuis plus de 25 ans dans le domaine des contacts électriques, et développent un ensemble de thématiques scientifiques en prise directe avec des problématiques industrielles.

 

 

PhD title

doctorat en génie électrique ou physique

Country where you obtained your PhD

France

Institution awarding doctoral degree

Université Paris-Saclay

Graduate school

EOBE - Electrical, optical, bio-physics and engineering

Candidate's profile

Le (la) candidat(e), de formation type Ecole d’ingénieur ou Master en Science des Matériaux, devra avoir de solides connaissances dans au moins deux des domaines: tribologie, sciences des matériaux et caractérisations, électronique.

Une expérience en mesures physiques et en caractérisation des matériaux (particulièrement des surfaces) sera un plus apprécié.

 

Ce sujet de thèse est résolument pluridisciplinaire et les principales qualités du candidat recherché en plus de ses connaissances théoriques dans les domaines concernés sont:

  • Motivation, ténacité, sens de l’engagement
  • Sens pratique et opérationnel,
  • Goût pour l’approfondissement,
  • Excellentes compétences rédactionnelles, connaissance de l’anglais appréciée.

 

Application deadline

2020-09-15
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