Transition vers l’électrification et les transports durables

Mes travaux de recherche ont historiquement porté sur l’optimisation énergétique des systèmes. Ils couvrent plusieurs applications telles que l’optimisation de trajectoires dans le domaine des transports (gestion énergétique de navires, réduction des émissions liées au freinage pour le ferroviaire) et le contrôle actif de sillage.

En simulation, générer une trajectoire d’état pour la gestion énergétique d’un véhicule hybride revient à résoudre un problème de contrôle optimal sous contraintes d’état (par exemple les limites de l’état de charge de la batterie), avec des actions de commande discrètes (sélection de rapport, activation ou arrêt du moteur thermique) et continues (répartition couple/puissance entre moteur thermique et machine électrique) afin de déterminer la consommation minimale pour un véhicule donné sur un trajet prédéfini. Dans le cadre d’une collaboration avec TU Eindhoven (Pays-Bas), une étude a mis en évidence l’existence d’une infinité de solutions optimales pour un cas particulier mais largement rencontré lors de l’utilisation de modèles par morceaux linéaires, notamment lorsque la consommation de carburant ou la puissance de la machine électrique sont calculées par interpolation sur des cartes de rendement. La thèse de M. Sanchez Pantoja, soutenue en décembre 2020, s’est concentrée sur l’usage de fonctions de pénalité externes.

La transition rapide imposée aux constructeurs vers l’électrification m’a conduit à réorienter mes activités vers des solutions de transport propres localement. Ces travaux sont menés en partie dans le cadre d’activités transversales pluridisciplinaires avec le département de Mécanique.

Contrôle actif de sillage pour l’automobile

Un premier axe de recherche concerne le contrôle actif de sillage pour les automobiles. Ce travail associe des spécialistes de mécanique des fluides et des automaticiens, dans le but de réduire la consommation énergétique des véhicules en diminuant la traînée aérodynamique grâce au contrôle actif. Ma contribution porte principalement sur les techniques de commande et mon expertise en applications automobiles.

Dans ce contexte, un démonstrateur équipé d’actionneurs (jets d’air pulsés) a été développé, comme illustré sur la Figure 3 (véhicule Twingo). Cette illustration présente la démarche adoptée. Les défis scientifiques et technologiques sont nombreux, allant du manque de modèles utilisables pour la commande au développement d’actionneurs spécifiques.

Les premiers travaux ont porté sur la commande sans modèle appliquée au corps d’Ahmed, ainsi que sur des essais en piste et en soufflerie sur le prototype. L’objectif final est de développer des observateurs à entrées inconnues afin d’estimer dynamiquement la traînée et de la réguler en boucle fermée.

Cette collaboration a donné lieu à une thèse en co-encadrement (B. Plumejeau, soutenue en 2020) et à une thèse CIFRE avec ALSTOM (T. Amman).

Contributions au projet CPER Ritmea

Dans le cadre du projet CPER Ritmea (Axe 2), je suis responsable de l’acquisition, dans le programme 2024, d’un véhicule utilitaire léger électrique robotisé. Cette plateforme permettra d’approfondir les recherches sur le contrôle actif de sillage et le contrôle des véhicules autonomes.

Je suis également en charge de l’acquisition d’un banc d’essais hybride pile à combustible, dédié à la fois à la commande bas niveau (régulation pression, température) et à la gestion énergétique (couplage pile à combustible ↔ batterie). Ce banc complétera nos moyens expérimentaux et s’inscrit dans une collaboration avec le département de Mécanique (C. Morin) sur la gestion thermique et son intégration avec la gestion énergétique (ANR Altos).

ANR Reactive (Real world Enhanced Assistance and Control for Intermediate Vehicles)

Les véhicules hybrides légers à propulsion humaine (Human Hybrid Lightweight Vehicles, HHLV) constituent une alternative efficace et à faibles émissions pour les déplacements courts et moyens, en particulier dans les zones urbaines denses où l’espace est limité et où les véhicules conventionnels sont moins adaptés. En tant que solution de mobilité active, ils permettent le pédalage tout en étant assistés électriquement ; certains peuvent ainsi atteindre des vitesses de 50 km/h ou plus. Leurs performances et leurs conceptions variées leur permettent de remplir de nombreux usages, allant du transport individuel ou de type taxi à l’intégration dans des systèmes logistiques pour la livraison du dernier kilomètre. Ils sont déjà utilisés par plusieurs grands acteurs du secteur (Amazon, DHL, UPS).

Le projet REACTIVE étudie trois aspects couplés de ces véhicules : gestion énergétique, aérodynamique et contrôle latéral.

Responsabilités administratives

CNRS FRA TTM 3733

J'occupe actuellement le poste de directeur de la FRA TTM. La FRA TTM (Transition dans les Transports et la Mobilité) est une fédération allégée du CNRS dédiée à la recherche dans le domaine de la mobilité et des transportsLa FRA TTM permet de développer des synergies multidisciplinaires, de mutualiser des moyens des moyens et des personnels, de soutenir le ressourcement scientifique indispensable pour développer des connaissances nouvelles et plus génériques, de pouvoir répondre ensemble, sous la même bannière, aux appels régionaux, nationaux et européens. Plus d'informations sur le site web.