Offre de thèse
ISITE - Dynamique et contrôle d'un robot granulaire dans un milieu granulaire confiné
Date limite de candidature
15-06-2026
Date de début de contrat
01-11-2026
Directeur de thèse
KIESGEN DE RICHTER Sébastien
Encadrement
Thèse en cotutelle avec le laboratoire GRASP (Liège, Belgique, Prof. Nicolas Vandewalle)
Type de contrat
école doctorale
équipe
Groupe Milieux Fluides Rhéophysiquecontexte
Le contexte scientifique s'inscrit à l'interface de la physique des milieux granulaires, de la rhéologie et de la robotique. Les milieux granulaires présentent des comportements hybrides, à la fois solides et fluides, rendant la prédiction des interactions et de la locomotion particulièrement complexe. Dans ce cadre, comprendre les mécanismes de propulsion et de mobilité constitue un enjeu majeur pour l'exploration de milieux confinés ou extrêmes.spécialité
Énergie et Mécaniquelaboratoire
LEMTA – Laboratoire Energies & Mécanique Théorique et Appliquée
Mots clés
Contrôle robotique, locomotion adptative, milieux granulaires, expériences
Détail de l'offre
Comprendre la locomotion dans des milieux complexes constitue un défi majeur à l'interface entre la physique non linéaire, la rhéologie et la robotique. Au-delà de la compréhension fondamentale des interactions de contact, l'étude de la mobilité de robots dans des environnements granulaires répond à des enjeux critiques liés à l'exploration en milieux extrêmes et à la gestion des risques.
Le travail sera principalement expérimental. L'objectif principal est de comprendre comment les vibrations internes d'un intrus actif peuvent être converties en une force de propulsion nette dans un milieu granulaire. En particulier, une partie du travail portera sur les mécanismes de fluidisation locale et leur impact sur les propriétés rhéologiques du milieu granulaire.
La recherche sera structurée autour de trois axes principaux :
Caractérisation des régimes de mobilité : identification des seuils d'accélération permettant à l'intrus de remonter, de s'enfoncer ou de rester en suspension dans le milieu granulaire.
Étude de la fluidisation locale : analyse des réarrangements de grains et de l'influence de l'organisation granulaire locale sur la vitesse de propulsion de l'intrus.
Contrôle et planification de trajectoire : exploration de stratégies de brisure de symétrie afin de permettre des déplacements dirigés dans le plan.
La thèse sera réalisée en cotutelle entre la France et la Belgique, et le doctorant mènera ses travaux de manière équilibrée sur les deux sites, avec environ 50 % du temps au LEMTA (Nancy) et 50 % au GRASP (Liège).
Keywords
robotic control, Adaptive locomotion, granular media, experiments
Subject details
Understanding locomotion in complex media is a major challenge at the crossroads of nonlinear physics, rheology, and robotics. Beyond the fundamental comprehension of contact interactions, investigating the mobility of robots in granular environments addresses critical issues related to extreme exploration and risk management. The work will be primarily experimental.The main objective is to understand how internal vibrations of an active intruder can be converted into a net propulsive force in granular media. In particular, part of the work will focus on the mechanisms of local fluidization and their impact on the rheological properties of the granular medium. The research will be structured around three main axes: - Characterization of mobility regimes: Identification of acceleration thresholds allowing the intruder to rise, sink, or remain suspended within the granular medium. - Study of local fluidization: Analysis of grain rearrangements and the influence of local granular organization on the propulsion velocity of the intruder. - Control and trajectory planning: Exploration of symmetry-breaking strategies to enable directed motion in the plane The PhD will be conducted under a joint supervision (cotutelle) between France and Belgium, and the doctoral candidate will carry out the research equally on both sites, with approximately 50% of the time spent at LEMTA (Nancy) and 50% at GRASP (Liège).
Profil du candidat
Le candidat recherché doit avoir une formation solide en robotique expérimentale ou en physique expérimentale. Il doit maîtriser la mise en place de dispositifs expérimentaux (capteurs, acquisition de données) ainsi que l'analyse et l'interprétation des résultats. Une expérience en robotique embarquée ou en systèmes mécatroniques constituera un atout important. Des compétences en programmation scientifique sont attendues pour le traitement des données et le contrôle des expériences. Enfin, autonomie, rigueur expérimentale et aptitude à travailler en environnement collaboratif international sont essentielles
Candidate profile
The ideal candidate should have a strong background in experimental robotics or experimental physics. They must be proficient in setting up experimental systems (sensors, data acquisition) as well as in analyzing and interpreting experimental results. Experience in embedded robotics or mechatronic systems will be a significant advantage. Skills in scientific programming are expected for data processing and experiment control. Finally, autonomy, experimental rigor, and the ability to work in an international collaborative environment are essential.
Référence biblio
[1] Seguin, A. (2022). Forces on an intruder combining translation and rotation in granular media. Physical Review Fluids, 7(3), 034302.
[2] Yoon, G. H., Park, M. J., & Lee, H. M. (2025). The effect of vertical vibration waveform on wall friction-induced Brazil nut effect. SPIE Proceedings, 13434, 1343401.
[3] Liu, C., Zhang, F., Wang, L., & Zhan, S. (2013). Forces on an intruder in a granular material under vertical vibration. Powder Technology, 247, 14–22.
[4] Vidales-Hernández, C. G., Carrillo-Estrada, J. L., & Donado, F. (2024). Active intruder motion in a two-dimensional granular medium. Physica A, 642, 129761.
[5] Scholz, C., et al. (2018). Rotating robots move collectively and self-organize. Nature Communications.