Thèse Modélisation et Commande de Systèmes Actionnés par Diélectrophorèse par l'Approche Hamiltoninenne à Ports H/F - Doctorat.Gouv.Fr

Établissement : Université Marie et Louis Pasteur École doctorale : SPIM - Sciences Physiques pour l'Ingénieur et Microtechniques Laboratoire de recherche : Franche Comté Electronique Mécanique Thermique et Optique - Sciences et Technologies Direction de la thèse : Yongxin WU ORCID 0000000313977147 Début de la thèse : 2026-10-01 Date limite de candidature : 2026-06-30T23:59:59 L'utilisation du formalisme port-Hamiltonien pour la modélisation et la commande d'un système actionné par diélectrophorèse permet de répondre à plusieurs défis existants. La modularité de cette approche facilite l'intégration de développements déjà réalisés, tels que les modèles d'interaction particule-particule étudiés sous un angle énergétique. De plus, la représentation port-Hamiltonienne décrit explicitement les échanges d'énergie au sein du système, ce qui peut être exploité pour estimer l'altitude des particules à l'aide d'un observateur. Enfin, la structure intrinsèque du formalisme se prête naturellement aux méthodes de commande fondées sur la passivité, permettant ainsi l'élaboration de stratégies de commande robustes et physiquement cohérentes.
Dans l'ensemble, ces avancées en modélisation et en commande devraient permettre d'améliorer la manipulation sans contact par champs électriques, tout en démontrant - à travers des simulations et des validations expérimentales - la pertinence et l'efficacité du formalisme port-Hamiltonien pour cette classe de systèmes.
Planning prévisionnel de la thèse
Première année
La première année sera consacrée à l'identification précise et à la définition de la classe de systèmes non linéaires considérée. Un modèle à paramètres concentrés du système sera ensuite développé et validé expérimentalement.
Deuxième année : La deuxième année sera dédiée à l'amélioration du modèle en considérant des formulations de dimension supérieure ou infinie. Un observateur ainsi qu'un contrôleur fondé sur la passivité seront développés afin d'assurer la commande en boucle fermée. Par ailleurs, une stratégie de suivi de trajectoire prenant en compte les incertitudes paramétriques sera proposée.
Troisième année : Au cours de la troisième année, de nouvelles stratégies de commande robuste - telles que des extensions de la -synthèse aux systèmes port-Hamiltoniens - seront étudiées ainsi que leur validation expérimentale. Une implémentation expérimentale des modèles et des contrôleurs proposés sera réalisée, avec une attention particulière portée aux incertitudes paramétriques et aux perturbations réelles.
Dielectrophoresis (DEP) is a phenomenon of major interest for biomedical applications, as it enables the manipulation of cells without the use of biological markers. In addition, the electric fields used to generate DEP can also be exploited for cell characterization through impedance spectroscopy, or to apply targeted stimuli such as electroporation.
The dielectrophoretic force acting on cells results from the polarization of dielectric particles subjected to a non-uniform electric field. This is a nonlinear phenomenon proportional to the gradient of the squared electric field. The electric field is generally produced by several electrodes whose voltages are independently controlled.
With the rapid development of organ-on-chip and lab-on-chip technologies, achieving precise control of electric fields and the associated electrokinetic phenomena has become increasingly important for a wide range of applications (cell sorting, cell characterization, cell interaction studies, and targeted cellular stimulation).
Such a level of precision requires a modeling framework capable of describing complex multiphysical systems (including electro-mechanical, thermal, and chemical interactions).
From a control perspective, these systems present several major challenges due to their nonlinear dynamics, distributed actuation inputs, position-dependent controllability, and outputs that depend quadratically on the control variables. The objective of this thesis is to exploit the port-Hamiltonian framework to develop both a modeling methodology and robust control strategies for systems actuated by dielectrophoresis, with applications to the manipulation and characterization of biological cells.

Compétences requises
* Excellent niveau master ou diplôme d'ingénieur en :
* automatique,
* mathématiques appliquées,
* robotique,
* Maîtrise de l'anglais écrit et oral,
* Compétences en programmation scientifique.
Compétences appréciées
Bonnes connaissances :
* des équations de Maxwell,
* des phénomènes électrocinétiques,
Intérêt pour les travaux expérimentaux.