Planification du jumeau numérique et modèle mécanique de véhicules plates-formes robotiques automatisées dans un environnement dangereux // Digital-twin planning and mechanical model of automated robotic platform vehicles in a hazardous environment

Le déclassement des installations de combustible usé présente des défis uniques en matière d'automatisation, nécessitant une opération à distance et une manipulation précise des déchets radioactifs. En réponse à une telle situation, les laboratoires nationaux d'Oak Ridge et d'Argonne ont par exemple développé des systèmes robotiques qui permettent d'effectuer des procédures à distance avec précision et sécurité. Cependant, même si la conception et les logiciels sont disponibles, la structure mécanique et l'environnement de travail sont encore en préparation. Des lois constitutives fiables pour décrire les propriétés matériaux et le comportement mécanique des différentes structures ne sont pas toujours disponibles. Il est donc difficile de procéder à une validation précoce du système de contrôle

Ce projet de thèse propose le développement d'un environnement virtuel de type « Hardware-in-the-Loop » alimenté par des informations physiques et matériaux. Cet environnement intègre des logiciels de réalité augmentée tels qu'Unreal Engine 5 pour une visualisation haute-fidélité et des outils numériques comme MATLAB Simulink pour les tests en temps réel du système de contrôle. Ces outils seront enrichis par des données relatives au comportement mécanique du véhicule, calculées à l'aide de modèles par éléments finis comme ABAQUS, qui peuvent être développés pour faciliter la planification fiable d'une mission de démantèlement. Ce cadre de jumeau numérique permet la simulation avant déploiement, la formation des opérateurs et l'optimisation du système avant son implémentation physique. En s'appuyant sur des technologies peu coûteuses et open source, la plateforme proposée offre une alternative accessible et évolutive aux solutions de jumeaux numériques traditionnelles.
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The decommissioning of spent fuel facilities presents unique challenges in automation, requiring remote operation and precise manipulation of radioactive waste materials. In response to such a situation, Oak Ridge and Argonne National Laboratories for instance have developed robotic systems that enable remote procedures to be performed with precision and safety. However, while the design and software are available, the mechanical structure and working environment are still under preparation. Reliable constitutive laws to describe the material properties and the mechanical behavior of the different structures are not always available. Making early-stage control system validation is therefore difficult.

A hardware-in-the-loop virtual environment fed with physical and material information is proposed to be developed in this thesis project. Such hardware-in-the-loop virtual environment integrates augmented reality software such as Unreal Engine 5 for high-fidelity visualization and numerical tools such as MATLAB Simulink for real-time control system testing enriched with information of the mechanical behavior of the vehicle calculated un finite element models such as ABAQUS that can be developed to help the reliable planning of a decommissioning mission. Such a digital twin framework enables pre-deployment simulation, operator training, and system refinement before physical implementation. By leveraging low-cost and open-source technologies, the proposed platform provides an accessible and scalable alternative to traditional digital twin solutions.
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Début de la thèse : 01/10/2026

Programme doctoral pour les cotutelles internationales de thèse (ADI)

Université Paris-Saclay GS Sciences de l'ingénierie et des systèmes

579 Sciences Mécaniques et Energétiques, Matériaux et Géosciences

Anglais niveau B2 (intermédiaire supérieur) Français niveau A2 (pré-intermédiaire) Programme d'études en mécanique numérique, mathématiques appliquées, génie mécanique ou domaines connexes. L'étudiant doit avoir suivi au moins un cours sur les méthodes numériques et la méthode des éléments finis et des cours de niveau d'entrée en physique et matériaux. De larges simulations seront développées et des notions de programmation élémentaire sont souhaitables.
English B2 level (upper-intermediate) French A2 level (pre-intermediate) EN: Computational mechanics, Applied mathematics, Mechanical engineering curriculum or related fields. The student should have taken at least a course in Finite element Method and Numerical Methods and entry level courses in physics and materials. Large computations will be developed, and notions of elementary programming is preferred.