Développement D’un Dispositif D’isolation Vibratoire Non-linéaire Pour Charges Utiles Embarquées Sur Plateformes Aérospatiales

**Développement d’un dispositif d’isolation vibratoire non-linéaire pour charges utiles embarquées sur plateformes aérospatiales**:

- Réf **ABG-131000**
- Sujet de Thèse
- 14/04/2025
- Contrat doctoral
- Laboratoire de Mécanique et d'Acoustique
- Lieu de travail- Marseille - Provence-Alpes-Côte d'Azur - France
- Intitulé du sujet- Développement d’un dispositif d’isolation vibratoire non-linéaire pour charges utiles embarquées sur plateformes aérospatiales
- Champs scientifiques- Sciences de l’ingénieur
- Mots clés- Dynamique des structures, contrôle des vibrations, stabilisation, aéronautique

**Description du sujet**:

- Contexte et objectifs du projet
civiles et industrielles - telles que la cartographie, la surveillance, la livraison, ou encore les inspections
techniques - la stabilité et la précision des instruments embarqués deviennent des enjeux majeurs. Les
vibrations engendrées par les moteurs, les hélices ou encore les mouvements dynamiques du drone affectent
directement la qualité des mesures ou des images prises. Ces perturbations sont particulièrement
dans la conception de telles structures concerne ainsi la transmission des vibrations depuis la plateforme
du drone vers sa charge utile. Dans ce contexte, l’objectif de ce projet de thèse est le développement d’une
méthode originale de contrôle des vibrations transmises par un vecteur de type drone multicoptère à
sa charge utile.
Une approche couramment utilisée pour limiter les vibrations transmises à la charge utile consiste à recourir
à des isolateurs linéaires passifs. Ceux-ci sont efficaces pour atténuer les vibrations dont la fréquence excède
- 2 fois leur fréquence de coupure. Pour garantir une isolation vibratoire performante, il est donc nécessaire

de concevoir des isolateurs à faible raideur, ce qui induit une déflexion statique importante sous le poids de
nécessitant une grande stabilité. L’originalité du projet réside dans l’exploitation de comportements non
linéaires afin de concevoir un isolateur présentant simultanément une grande raideur statique - pour
limiter la déformation sous charge - et une faible raideur dynamique - pour assurer une isolation efficace
des vibrations. Cette stratégie permet de concilier robustesse mécanique et performance dynamique, en
dépassant les limitations inhérentes aux solutions linéaires classiques.
En pratique, les isolateurs non-linéaires sont habituellement mis en œuvre en associant une raideur linéaire
et une raideur non-linéaire molissante qui peut être réalisée en utilisant des poutres flambées comme illustré
ci-dessus. Bien que plus performants que leurs homologues linéaires, la plage de fonctionnement des
isolateurs non-linéaires reste limitée. Un des axes de recherche de ce projet de recherche consistera à
optimiser la raideur de couplage non-linéaire pour étendre la plage de fonctionnement de ces isolateurs,
notamment lors des phases de vol instationnaires. L’amortissement joue également un rôle clé dans la
performance de ces dispositifs. Un facteur de qualité élevé garantie une forte atténuation lorsque la
fréquence d’excitation est suffisamment loin de la fréquence de coupure. Toutefois, pour ces facteurs de
qualité élevés, l’amplification à la résonance peut causer des dommages à la charge utile lors de montées en
régime des rotors. La prise en compte de mécanismes de dissipation non-linéaires constitue une piste de
recherche prometteuse pour allier performances à haute fréquence tout en minimisant l’amplitude vibratoire
aux faibles fréquences. Un autre axe de recherche concernera les méthodes de réalisation pratique de
raideurs et de d’amortissement non-linéaires non-standards. Une piste prometteuse est l’utilisation de
matériaux architecturés, couplé à des méthodes d’optimisation topologiques.
D’un point de vue méthodologique, une complémentarité entre développements théoriques et études
expérimentales est attendue. Ainsi, ce projet de doctorat prévoit de mener le développement jusqu’à une
preuve de concept expérimentale de l’isolateur proposé. Ce dernier sera intégré sur un drone au sein de
l’École de l’air et de l’espace, puis testé en conditions réelles sur la base aérienne 701. Une formation au
pilotage de drone, assurée par le Centre d’Initiation et de Formation des Équipages Drones (CIFED) de
l’EAE, sera proposée au doctorant afin de lui permettre de participer activement aux essais en vol.
Références bibliographiques
Xu, Y., Dong, H. W., & Wang, Y. S. (2024). Topology optimization of programable quasi-zero-stiffness
metastructures for low-frequency vibration isolation. International Journal of Mechanical Sciences, 280,
109557.
Dalela, S., Balaji, P. S., Leblouba, M., Trivedi, S., & Kalam, A. (2024). Nonlinear static and dynamic
response of a metastructure exhibiting quasi-zero-stiffness characteristics for vibration control: an
experimental validation. Scientific Reports, 14(1), 19195.
Han, H., Sorokin, V., Tang, L., & Cao, D. (2022). Lightweight origami isolators with deployab