Offre de thèse : Codage par métasurfaces pour la manipulation de faisceaux

Contexte

Proposé au début du 21 ème siècle, le concept de métamatériau a introduit de nouvelles perspectives pour le contrôle de la propagation des ondes1. Basés sur l’utilisation de motifs résonants sous longueur d’onde, les métamatériaux peuvent être appréhendés comme des milieux effectifs caractérisés par des paramètres constitutifs (permittivité et perméabilité) pouvant prendre des valeurs très supérieures ou très inférieures à l’unité, voire négatives. Cette propriété s’est avérée prometteuse pour plusieurs domaines d’application dont l’imagerie, le contrôle de la polarisation et du rayonnement d’antenne et l’absorption des ondes électromagnétiques. Plus récemment, l’intérêt s’est focalisé sur les métasurfaces pour lesquelles la structuration sous-longueur d’onde est agencée suivant un plan. À fonctionnalité équivalente, les métasurfaces offrent plusieurs avantages par rapport aux métamatériaux volumiques. Sur le plan physique, en limitant la pénétration de l’onde électromagnétique à de faibles épaisseurs, il est possible de diminuer l’influence des pertes inhérente à l’interaction avec des inclusions résonantes. Sur le plan pratique, les métasurfaces sont basées sur des arrangements planaires de motifs, ce qui est compatible avec les procédés de fabrication utilisés à la fois dans les technologies optiques (couches minces) et radiofréquences (circuits imprimés). Le contrôle de la réfraction d’une onde au moyen d’une métasurface exploite la loi de Snell-Descartes généralisée qui relie le chemin
électromagnétique à une variation de phase dans le plan de la structure2. De nombreux auteurs ont proposé des ingénieries de cette variation de phase sous forme de gradients pour les domaines de l’optique3et des micro-ondes4.

Une autre alternative consiste à agencer la métasurface sous la forme d’une matrice de pixels à deux dimensions. Dans le contexte d’une logique binaire, les états logiques « 1 » et « 0 » se distinguent par deux valeurs de phase à la réflexion qui diffèrent de 180°. Les prémices de cette approche sont décrites dès 2007 avec une structuration sous forme d’échiquier5qui a connu des améliorations récentes6. La notion de codage par métasurfaces a été généralisée par T. J Cui7 et constitue une concrétisation importante des métamatériaux numériques conceptualisés par N. Engheta8.

Description

Le principal objectif de cette thèse est de tirer parti de ces nouvelles perspectives du codage par métasurfaces pour la réduction de la Section Équivalente Radar (SER) dans le domaine des ondes décimétriques et centimétriques. À l’occasion de précédents travaux, nous nous sommes concentrés sur la conception et la caractérisation expérimentale de métasurfaces absorbantes en configurations périodique9 ou désordonnée10 exploitant des modes de résonance magnétique. Pour cette nouvelle étude, l’approche est différente car l’agencement de pixels dans le plan est destiné à réorienter le faisceau incident dans une ou plusieurs directions hors menace. Pour cette application, il peut être pertinent de considérer non seulement des structurations périodiques mais également apériodiques11. Cette possibilité de réorientation d’un faisceau incident présente également un intérêt dans le domaine des télécommunications militaires tactiques. Cette seconde application pourra également être considérée dans le cadre de cette thèse en mettant notamment l’accent sur les possibilités de configurabilité par programmation offertes par ces métasurfaces numériques.

1 E. Lheurette, Metamaterials and Wave Control, ISTE-Wiley (2013).
2 N. Yu, P. Genevet, M.A. Kats, F. Aieta, J.-P. Tetienne, F. Capasso, and Z. Gaburro, Science 334, 333 (2011).
3 Z. Li, Z. Palacios, E, S. Butun, and K. Aydin, Nano Lett. 15, 1615 (2015).
4 S. Maci, G. Minatti, M. Casaletti, and M. Bosiljevac, IEEE Antennas Wirel. Propag. Lett. 10, 1499 (2011).
5 M. Paquay, J.-C. Iriarte, I. Ederra, R. Gonzalo, and P. de Maagt, IEEE Trans. Antennas Propag. 55, 3630 (2007).
6 A.Y. Modi, C.A. Balanis, C.R. Birtcher, and H.N. Shaman, IEEE Trans. Antennas Propag. 65, 5406 (2017).
7 T.J. Cui, S. Liu, and L. Zhang, J. Mater. Chem. C 5, 3644 (2017).
8 C. Della Giovampaola and N. Engheta, Nat. Mater. 13, 1115 (2014).
9 N. Fernez, L. Burgnies, J. Hao, C. Mismer, G. Ducournau, D. Lippens, and E. Lheurette, IEEE Trans. Microvave Theory Tech. (To be published).
10 J. Hao, R. Niemiec, L. Burgnies, E. Lheurette, and D. Lippens, J. Appl. Phys. 119, (2016).
11 T.-J. Cui, S. Liu, and L.-L. Li, Light Sci. Appl. 5, e16172 (2016).

Établissement

Université de Lille, IEMN (Villeneuve d’Ascq)

Type de financement

Allocation DGA

Profil du candidat

Le candidat devra être titulaire d’un master en physiques appliquées ou diplômé d’une école d’ingénieur et posséder des compétences théoriques et expérimentales dans le domaine des
ondes électromagnétiques. La nature du financement restreint les candidatures aux nationalités de l’Union Européenne.

Le dossier de candidature doit être transmis à la DGA avant le 27 avril 2018.

Contact

Éric LHEURETTE
eric.lheurette@iemn.univ-lille1.fr
+33 3 20 19 79 03

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Advanced theoretical and numerical methods for waves in structured media

GT 1 Animateurs – organisateurs Manifestation titre Lieu précis Date
Animateurs du GT1 :
Boris Gralak, Julien DeRosny, Faouzi Triki et Dimitri Komatitch
Advanced theoretical and numerical methods for waves in structured media Mardi 13 mars :

IPGP – Institut Langevin,
1 rue de Jussieu 75005 Paris
13-14 mars 2018
Organisatrice invitée :
Anne-Sophie Bonnet-Bendhia (POEMS)
Mercredi 14 mars :

Campus Jussieu
Amphi Charpak
4 place Jussieu
75005 Paris

Objectifs

Le programme propose d’aborder les propriétés exotiques des ondes dans les nouvelles structures – comme les métamatériaux et les composants photoniques ou phononiques – notamment par le prisme du renouvellement des approches théoriques et numériques qu’elles demandent. Ces journées seront notamment l’occasion de discuter des dernières avancées dans ces domaines avec les différentes communautés impliquées : électromagnétisme, acoustique, mécanique, mathématiques appliquées et numérique.

Une large place sera laissée aux discussions autour des posters et une session spécialement dédiée à des propositions de benchmarks numériques sera organisée.

Orateurs étrangers invités :

  • M. Wegener (KIT, Karlsruhe) : 3D chiral mechanical metamaterials
  • C. Geuzaine (University of Liège) : GetDP, Gmsh and ONELAB
  • R. Craster (Imperial Coll. London) : Metamaterials for vibration control
  • J. Roman (Universitat Politècnica de València) : An overview of SLEPc

 

English version

The program proposes to address the exotic properties of waves in novel structures – such as metamaterials and photonic or phononic components – through the renewal of theoretical and numerical approaches they require. These days are intended to discuss recent issues and research advances in these areas, with all different communities involved: electromagnetics, acoustics, mechanics, applied mathematics and computing sciences.

Time will be devoted to discussions in the poster hall and a special session will organized to propose numerical benchmarks to the community.

Invited foreigner speakers:

  • M. Wegener (KIT, Karlsruhe) : 3D chiral mechanical metamaterials
  • C. Geuzaine (University of Liège) : GetDP, Gmsh and ONELAB
  • R. Craster (Imperial Coll. London) : Metamaterials for vibration control
  • J. Roman (Universitat Politècnica de València) : An overview of SLEPc

Inscription et Programme

Vous pouvez vous inscrire (gratuit et obligatoire) jusqu’au 28 février 2018 à cette adresse :

www.fresnel.fr/13-14-mars-2018-GT1-GDR-Ondes

Programme (22 pages, PDF)

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Offres de thèse : Guidage d’ondes de surface sur des métamatériaux textiles

Titre Thèse Guidage d’ondes de surface sur des métamatériaux textiles
(Co)-Directeur Éric LHEURETTE E-mail : eric.lheurette@iemn.univ-lille1.fr
(Co)-Directeur E-mail :
Laboratoire IEMN Web : http://www.iemn.fr
Equipe DOME Web :
Contrat Doctoral Etablissement Lille 1 UVHC ECL ISEN
Financement prévu Président-Région Région – Autre Préciser :
Acquis Président- Autre Préciser DGA – Autre Préciser
Contrat de recherche Type ANR Autre

Contexte

Ces dernières années, les objets connectés se sont immiscés dans la vie quotidienne et des textiles connectés commencent à être proposés sur le marché. D’autres produits, dits textiles intelligents, comportant des capteurs et modules d’électroniques embarquées se sont aussi développés en s’orientant vers le marché professionnel (vêtements militaires ou de sécurité) et vers les domaines de la santé et du sport. A titre d’exemple, Google avec Levi’s ont annoncé la commercialisation en 2017 d’une veste en jean connectée. Cependant, la fiabilité des textiles intelligents reste discutable en particulier à cause de problèmes liés à la connectivité et à l’alimentation des modules électroniques.

Parmi différentes solutions, la communication sans fil peut être envisagée pour traiter le problème de connectivité. Les modules électroniques composent alors un réseau sans fil localisé autour du corps humain (Wireless Body Area Network – WBAN) dont les données peuvent être collectées par un smartphone. Ce dernier peut être ensuite utilisé comme passerelle pour transmettre les données collectées vers l’extérieur (Internet).

Afin de limiter les interactions des ondes avec le corps humain et d’améliorer le bilan de transmission, il est préférable de privilégier la transmission des données le long du corps plutôt qu’à travers le corps. Une autre solution est d’envisager le guidage d’ondes de surface sur des textiles métallisés ou structurés s’inspirant des recherches menées sur les métamatériaux.

Résumé

Le sujet de thèse s’inscrit dans la thématique des réseaux autour du corps humain et des textiles intelligents. Il a pour objectif de concevoir des textiles structurés innovants permettant d’améliorer la transmission de données par le guidage d’ondes de surface entre un capteur intégré au textile et un smartphone. Différentes structurations textiles seront envisagées en s’inspirant du domaine des métamatériaux tels que les conducteurs magnétiques artificiels (AMC) ou les métamatériaux obtenus par l’entrelacement de fils conducteurs tissés, ou encore en utilisant la corrugation d’un plan de masse fabriqué en textiles. Par compatibilité avec les technologies disponibles dans les smartphones actuelles, la transmission de données sera envisagée dans la bande Instrumentale Scientifique et Médicale (ISM) autour de 2.45 GHz.

La thèse comportera une phase de simulations des structures sur des logiciels commerciaux (HFSS, CST), la fabrication des textiles structurés, et enfin leurs caractérisations électromagnétiques. Pour ces dernières, le (la) candidat(e) devra développer un banc de caractérisations du guidage d’ondes de surface en s’appuyant sur des travaux menés à l’Université de Exeter.

Ces travaux de thèse s’inscrivent dans le projet de recherche CONTEXT (2017-2020) financé par l’Agence Nationale de la Recherche dans lequel deux autres partenaires sont impliqués : le GEMTEX de Roubaix et le LEAT de Nice. Dans ce cadre, les textiles structurés seront fabriqués au GEMTEX, laboratoire facilement accessible par les transports en commun de la métropole Lille-Roubaix-Tourcoing. Enfin, le (la) candidat(e) sera aussi amené(e) à fabriquer le cas échéant des antennes textiles issues des travaux du LEAT dans le cadre du projet CONTEXT.

 

Début de thèse prévu : décembre 2017janvier 2018
Co-encadrant : Ludovic BURGNIES
Contact : Ludovic BURGNIES
ludovic.burgnies@iemn.univ-lille1.fr
03 20 19 79 03

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Offre de Post-Doctorat pour le développement d’antennes et métamatériaux textiles pour la récupération de l’énergie électromagnétique ambiante

Contexte

Ces dernières années, les objets connectés se sont immiscés dans la vie quotidienne, et des textiles connectés commencent à être proposés sur le marché. D’autres produits, dits textiles intelligents, comportant des capteurs et modules d’électroniques embarquées se sont aussi développés en s’orientant vers le marché professionnel (vêtements militaires ou de sécurité) et vers les domaines de la santé et du sport. Cependant, leur fiabilité reste discutable en particulier à cause de problèmes liés à la connectivité et à l’alimentation des modules électroniques. Parmi différentes solutions d’alimentation, la récupération de l’énergie électromagnétique ambiante (ondes Wifi, GSM, TNT) est envisagée. Pour récupérer cette énergie, il est nécessaire de développer des antennes rectifiées (rectennas) composées dans le principe d’une antenne et d’un circuit de redressement. Cependant, une variante à l’antenne peut être l’utilisation de la localisation des champs observée dans les structures métamatériaux, et le circuit de redressement peut être réalisé au moyen d’une électronique dédiée.

Le projet LUMINOPTEX est un projet Interreg France-Wallonie-Vlaanderen qui porte sur la conception et la mise en œuvre de nouveaux textiles intelligents pour des applications d’éclairage ambiant autonome dans les contextes du design intérieur, des tissus décoratifs ou de la signalétique. Le projet fédère les compétences de six partenaires : le centre de R&D Materia Nova de Mons (Chef de file), le centre de R&D CENTEXBEL de Gand, le laboratoire GEMTEX de l’école d’ingénieur ENSAIT de Roubaix, l’IEMN (Institut d’Electronique de Microélectronique et de Nanotechnologie) de Villeneuve d’Ascq, l’ICTEAM de l’Université Catholique de Louvain, et le CIRMAP de l’Université de MONS. Dans le cadre de ce projet, les travaux menés par l’IEMN et l’ENSAIT portent plus particulièrement sur le développement de textiles permettant la récupération de l’énergie électromagnétique ambiante.

Description du poste

Dans le cadre du projet LUMINOPTEX, la personne recrutée aura pour mission le design et la caractérisation électromagnétique d’antennes et de structures métamatériaux textiles permettant de capturer le plus efficacement possible l’énergie des ondes WiFi et GSM. Pour cette application, les métamatériaux textiles pourront être considérés comme solution pour réduire la taille des antennes ou comme motifs résonnants propres permettant la localisation du champ électromagnétique en vue d’une amélioration de la conversion AC/DC.

Dans un premier temps, il sera demandé de définir et d’optimiser des antennes et des métamatériaux réalisables en technologie textile (broderie, tricot, tissage) par l’intermédiaire de simulations sur des logiciels commerciaux (HFSS, CST). Les structures seront alors proposées au partenaire ENSAIT et discutées avec lui. L’ENSAIT prendra alors à sa charge la fabrication de prototypes, et des simulations supplémentaires pourront être nécessaires suivant les contraintes de fabrications rencontrées. La seconde partie des missions portera sur la caractérisation électromagnétique des structures fabriquées à l’ENSAIT (pertes de retour, adaptation d’impédance, directivité, diagramme de rayonnement). Ces caractérisations seront menées au sein des plateformes de caractérisations RF et CEM de l’IEMN. Enfin, l’étude du circuit de rectification ne fait pas partie des missions principales de la personne recrutée. Cependant, elle pourra être sollicitée ponctuellement pour contribuer aux caractérisations électromagnétiques de composants et circuits électroniques dédiés, développés parallèlement dans le cadre du projet LUMINOPTEX.

Profil du candidat

Vous êtes docteur en électronique ou en physique appliquée spécialiste des hyperfréquences.
Vous avez une expérience notable en caractérisations électromagnétiques et vous maîtrisez les logiciels de simulations HFSS et/ou CST. Vous avez des connaissances approfondies en hyperfréquences, et des connaissances en métamatériaux seraient appréciées.
Idéalement, vous avez déjà développé des antennes rectifiés.
Vous êtes intéressé(e) par le développement des textiles intelligents.

Conditions de poste

  • Type de contrat : Post-doctorat sur 12 mois prolongeable jusque 6 mois.
  • Source de financement : contrat Interreg France-Walonie-Vlaanderen LUMINOPTEX.
  • Lieu : Institut d’Electronique de Microélectronique et de Nanotechnologie à Villeneuve d’Ascq (www.iemn.fr).
  • Début du contrat prévu : dernier trimestre 2017.
  • Rémunération brute : ~30k€/an, suivant grilles salariales réglementaires et selon le profil et l’expérience du candidat.

Candidature

  • Envoyer votre CV et une lettre de motivation développant votre expérience au format pdf à l’adresse ludovic.burgnies@iemn.univ-lille1.fr
  • Merci de limiter à 2Mo maximum la taille pour l’ensemble des documents envoyés.

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