Nicolas GARTNER

GARTNERNicolas

Doctorant

Mail : nicolas.gartner@univ-tln.fr

LinkedIn : fr.linkedin.com/in/ngartner

 Bio

Fraichement diplomé de l’Institut Français de Mécanique Avancée avec une spécialisation en mécatronique, je me lance dans un doctorat à l’université de Toulon dans le domaine de la robotique sous-marine.

Sujet de recherche

Mes travaux s’inscrivent dans le cadre d’un projet en robotique sous-marine ayant pour objectif la spécification et le développement de systèmes robotiques légers, capable d’effectuer des missions de reconnaissance et de cartographie sous-marines de zones côtières. Ces systèmes devront être capables de franchir les zones de surf (typiquement de 1 à 10m), caractérisées par un environnement particulièrement complexe et dynamique (houle, ressac, courant, etc.).

Problématique scientifique de la thèse

Les recherches effectuées en robotiques sous-marine s’intéressent principalement au développement de lois de commande, sans généralement inclure la conception mécatronique du véhicule dans l’optimisation de la loi de commande. En effet, cette démarche n’est pas nécessaire tant que le véhicule évolue en pleine eau, ce qui est le cas pour la plupart des missions. En revanche, dans des zones littorales fortement perturbées (dites “de surf”), il serait intéressant de pouvoir optimiser la conception mécatronique du véhicule pour augmenter la robustesse et/ou l’efficacité de la commande à travers les points suivants : l’estimation/observation des paramètres hydrodynamiques, la réduction de l’influence des perturbations dues aux courants et l’adaptation des actionneurs aux besoins des lois de commande.
Ainsi, il s’agit en premier lieu de développer un environnement de simulation permettant de modéliser le plus justement possible le comportement d’un drone sous-marin dans la zone de surf. L’évaluation du système demande le développement de critères innovants pour quantifier sa capacité à effectuer une mission donnée. Ces critères permettront d’évaluer la conception mécanique et la commande d’un drône sous-marins en simulation. Dans un second temps, ils pourront être directement intégrés dans un processus d’optimisation des paramètres du système (forme générale, position/orientation des moteurs, la propriété holonome ou non du véhicule) en fonction de la mission à réaliser (suivi d’un pipeline, stabilisation autour d’un point, déplacement vers un nouveau lieu, maintien d’une orientation, etc.). Finalement, l’ensemble de ces travaux de recherche permettra le développement de solutions de robotique reconfigurable, ce qui serait l’axe de recherche final de la thèse.

Robotique Mobile Marine, Amphibie et Terrestre

Les objectifs scientifiques de l’axe RMMAT concernent le développement de la mobilité et de l’autonomie de systèmes robotiques en milieux aquatique et terrestre. La conception de robots amphibies, capables d’une certaine autonomie de déplacement et capables d’interagir avec la personne constitue une thématique majeure à développer à moyen terme. La conception de véhicules véliques et de véhicules terrestres à mobilité augmentée correspond à des activités de recherche pouvant contribuer à la convergence vers des innovations en matière de robotique amphibie.
Ainsi, on distingue quatre types de mobilité :

  •  mobilité bimodale/multimodale ; il s’agit ici de concevoir une mobilité adaptée pour des systèmes amphibies à propulsion alternative à la propulsion classique à hélice en milieu
    aquatique – à base de mécanismes bio-inspirés par exemple  – capables d’adopter des modes de locomotion polyvalents et complémentaires, afin de produire des déplacements efficaces dans l’eau et sur terre, et dans les milieux de transition.
  • mobilité marine interactive ; cette thématique regroupe les aspects de mobilité où l’homme est en interaction physique directe avec la machine. Un des objectifs consiste à concevoir et réaliser des robots compagnons opérationnels d’assistance et d’apprentissage de mouvements subaquatiques.
  • mobilité marine surfacique ; cette mobilité concerne les véhicules marins de surface à propulsion vélique doté d’une autonomie de navigation. Les développements mécatroniques dans ce cadre sont essentiels dans la mesure où cette mobilité doit permettre d’affronter des situations changeantes au niveau de la force du vent, des courants, et des perturbations surfaciques de la mer comme la houle.
  • mobilité terrestre augmentée ; ce type de mobilité concerne les systèmes à pattes ou les systèmes hybrides roues-pattes ou roues-chenilles capables d’étendre les capacités de déplacement classiques afin de remplir un spectre de missions d’exploration le plus large possible. Dans ce cadre, différents modes de déplacement ambulatoire pourront être comparés (homme, humanoïdes, tétrapodes, arthropodes, etc.).

Ces activités impliquent concrètement des travaux innovants en matière de :

  • conception mécatronique de robots mobiles marins et terrestres (coque, peau, cinématique , architecture mécanique/mécatronique, motorisation, organes de propulsion/stabilisation /direction),
  • adéquation des techniques de contrôle-commande pour les robots marins et amphibies (maintien de la stabilité, déplacements dynamiques, contrôle des centres de masse et de poussée, transitions comportementales, obstacles, traversabilité, etc.).
  • systèmes de perception, de commande référencée capteurs, d’interfaces homme-machines adaptées au milieu (instrumentation capteurs, enveloppe sensorielle, métrologie, fusion de données, localisation, estimation robuste d’état, pilotage, sécurité).

Les applications visées pour ces robots sont des applications d’exploration, de surveillance, d’intervention, et de sauvetage en milieux marins et côtiers.

Prototype Open-ROV rétro-conçu

Prototype Open-ROV rétro-conçu

Conception mécanique et fabrication additive

L’interface entre les axes éco-conception et robotique mobile a été renforcée par des activités en conception mécanique autour de la fabrication additive, notamment avec la mise en place d’une plate-forme de prototypage rapide, appelée MAQ-3D, en association avec TVT (Toulon Var Technologies), le recrutement effectif d’un maître de conférences en section 60, spécialiste de la fabrication mécanique en septembre 2015, et le démarrage en octobre 2015 d’une thèse sur l’optimisation de la conception de systèmes mécaniques dotés de mobilités par l’utilisation de la fabrication additive.

Cette thématique de recherche, transverse aux deux équipes EOSMD et RMMAT, traite des problématiques relatives à l’optimisation de la chaîne numérique en fabrication additive, depuis le développement de méthodologies de conception dédiées jusqu’au pilotage de structures robotiques de fabrication.

Ces travaux à l’interface sont d’une importance capitale pour les deux axes dans la mesure où elle assure un support à la conception et à la rétro-conception de prototypes mécaniques et robotiques, qui ne sont pas limités à des applications de robotique sous-marine.

Ecoconception et Optimisation de Systèmes Mécaniques Durables

Les objectifs scientifiques de l’axe EOSMD consistent à développer des méthodes de conception et d’optimisation de systèmes mécaniques compatibles avec un développement durable en prenant en compte la grande diversité des objectifs environnementaux, sociaux et économiques impliqués ainsi que la nature de plus en plus complexe des systèmes considérés (systèmes de production d’énergie interconnectés, mobilité durable, habitat durable…). Il en découle deux domaines de recherche :

  1. Ecoconception de Systèmes Mécaniques
  2. Optimisation de Systèmes Complexes Durables.
Projet de navette maritime hybride

Projet de navette maritime hybride

  1. Ecoconception de Systèmes Mécaniques : l’écoconception de systèmes mécaniques soulève des questions scientifiques relatives à l’amélioration de chacune des principales étapes du cycle de vie d’un système ( extraction + fabrication + distribution, utilisation, fin de vie).
    • Concernant la phase de fin de vie, la réduction des impacts environnementaux nécessite le développement de nouvelles bdd, méthodes et concepts afin d’identifier les stratégies de fin de vie (recyclage, remanufacturing, upgradabilité, ré-utilisation,..) des composants et des modules du système et leur optimisation au niveau du système global (cf. Equipement d’étude de la démontabilité des produits).
    • Concernant la phase d’utilisation, l’écoconception de systèmes mécaniques ne peut être réalisé sans prendre en compte le comportement réel des utilisateurs et leur diversité d’usages. Pour parvenir à une performance environnementale optimisée, il est donc nécessaire de comprendre (cf Equipement d’analyse des éco-usages) et de  corriger  les dérives d’usage (provoquant des sur-impacts) soit par des choix techniques de conception interdisant ces dérives soit par l’adjonction de modules d’eco-feedbacks influant sur le comportement des utilisateurs. La difficulté réside dans le fait qu’il faut s’adresser à une large diversité d’utilisateurs (présentant des sensibilités environnementales très différentes) et que les modules correcteurs doivent permettre d’éviter plus d’impacts environnementaux que ne génère leur production.
    • Concernant la phase d’extraction+fabrication+distribution, des recherches doivent être menées sur les nouvelles technologies de production. Nous nous focaliserons sur les technologies de fabrication additive (cf. équipements de prototypage rapide). La fabrication additive est a priori un procédé écologique dans le sens où elle permet de déposer la matière uniquement où elle est nécessaire. Cette réduction de la masse de matière transportée est cruciale dans les systèmes de transport ou autonome puisqu’elle peut autoriser un downsizing de l’ensemble du système et donc améliorer la performance environnementale. Ces bénéfices s’accompagnent toutefois d’un ensemble de contraintes (sophistication de la matière, pertes dues à la fabrication des supports, énergie de fabrication . . . ) qui se traduisent par une augmentation des impacts environnementaux.
  2. Optimisation de Systèmes Complexes Durables
    • Les systèmes conçus par les ingénieurs deviennent de plus en plus complexes ; de ce fait leur optimisation technique, économique et environnementale ne peut reposer sur une simple approche par itérations en conception. Nous investigons depuis quatre ans la méthode d’optimisation basée sur le principe de satisfaction de contraintes car elle permet d’inverser le problème de conception en identifiant les valeurs des paramètres de conception (qu’ils soient définis comme variables discrètes ou continues) qui permettent de satisfaire les objectifs fixés. L’enjeu est de pouvoir formaliser les contraintes environnementales associées aux cycles de vie d’un système et de coupler les algorithmes de résolution par propagation de contraintes avec les méthodes d’analyse de cycle de vie (cf. Equipement d’´evaluation environnementale). Notre stratégie de recherche sur ce domaine est de considérer dans un premier temps le système statiquement et dans un deuxième temps de prendre en compte les aspects dynamiques (évolution des impacts dans le temps dus par exemple à une modification du mix énergétique au cours de l’année), les aspects géographiques (spatialisation des impacts) et enfin les aspects conséquentiels.
Projet de navette maritime hybride

Windkeeper : Projet de navire de maintenance de champs éoliens offshore