Le festival de l’Université de Lyon qui invite tous les curieux à voyager au cœur des sciences.

Le Festival Pop’Sciences est de retour pour une 5ᵉ édition, qui se déroulera à Belleville-en-Beaujolais, sur le territoire de la Communauté de Communes Saône-Beaujolais (CCSB).

Gratuit, ludique et accessible à toutes et tous, le festival Pop’Sciences vous invite à voyager dans le monde des sciences : ateliers, expositions, visites, rencontres-débats…

Venez discuter avec des paléontologues autour de dinosaures grandeur nature, explorer le cerveau humain avec des neuroscientifiques ou plonger dans l’univers des virus avec des biologistes.

Au programme : près de 200 scientifiques et plus de 80 animations seront aux rendez-vous.  

• Vendredi 16 mai, une journée à destination des classes de collèges et lycées
• Samedi 17 et dimanche 18 mai, 2 journées grand public.
   

​Côté INSA Lyon : 

Ateliers | 7-11 ans, 11-15 ans, 15 ans et +
Découvrez le fonctionnement des toitures végétalisées grâce à une maquette interactive.
Du 17 mai 2025 au 18 mai 2025 - En continu - Tout public
Venez faire la pluie et le beau temps sur les toits des villes. Tout en simulant des précipitations, vous pourrez échanger sur la gestion des eaux pluviales à l'échelle des bâtiments et aborder les notions de stockage, d'infiltration, d'évapotranspiration des végétaux, de résistance à la sécheresse et du changement climatique.
Un atelier proposé par le laboratoire DEEP (Déchets Eaux Environnement Pollutions) INSA Lyon

Ateliers | 7-11 ans, 11-15 ans, 15 ans et +
À la découverte des énergies
Du 17 mai 2025 au 18 mai 2025 - Tout public
À l’aide de plusieurs maquettes et d’explications scientifiques, (re)découvrez les différentes énergies et les énergies de demain !
Quelles sont les différentes formes et sources d’énergie ? Qu’est-ce que la méthanisation ? Comment fonctionne les panneaux photovoltaïques et les réseaux de chaleur urbains ? Qu’appelle-t-on énergie intermittente ? Que sont « les énergies propres » ou encore « l’électricité verte » Beaucoup de questions qui trouveront leurs réponses lors de cet atelier.
Découvrez plus spécifiquement les énergies utilisées et produites par la Communauté de communes Saône-Beaujolais et les objectifs du territoire en matière d’énergie, ainsi que la marque locale d’électricité verte du Beaujolais, BôWatts.
Un atelier proposé par le laboratoire DEEP (Déchets Eaux Environnement Pollutions) de l’INSA Lyon, en partenariat avec l’association Hespul et la Communauté de communes Saône-Beaujolais.

L’énergie ne se crée pas… mais l’électricité, elle, se fabrique !
Du 17 mai 2025 au 18 mai 2025 - Tout public
Zoom sur l'électricité que nous utilisons au quotidien !
Bien que nous utilisions tous l'électricité au quotidien, son origine reste souvent mystérieuse ! De plus, nous ignorons souvent combien d'énergie électrique consomment les objets que nous utilisons chaque jour. L'objectif de cet atelier est de lever le voile sur la conversion d'énergie, en prenant pour exemple un vélo générateur, dans une approche à la fois ludique et pédagogique.
Un atelier proposé par le laboratoire Ampère de l’INSA Lyon.

Analyse de la robustesse de HEMT GaN 650 V durant des courts-circuits répétitifs

Doctorant : Adrien LAMBERT

Laboratoire INSA : AMPERE

École doctorale : ED160 : EEA (Electronique, Electrotechnique, Automatique)

Depuis les années 1950, l'électronique de puissance s'est développée grâce au silicium, qui est devenu le matériau dominant pour les semi­ conducteurs de puissance. Le silicium a en effet prouvé sa fiabilité, est facile à purifier et, après des décennies de réduction des coûts, est devenu très abordable. Cependant, après cinquante ans d'améliorations, les limites physiques du silicium ont été atteintes et ne répondent plus aux besoins des nouvelles applications, comme des fréquences de fonctionnement plus élevées et une puissance accrue. Les matériaux à large bande interdite (WBG), tels que le diamant, le nitrure de gallium (GaN) et le carbure de silicium (SiC), ont émergé pour relever ces défis. En dépit d'une grande vitesse de commutation et d'une conductivité thermique accrue, les composants GaN doivent démontrer leur robustesse et leur fiabilité, notamment face aux courts-circuits, pour être largement adoptés dans des secteurs tels que l'automobile et l'aéronautique. L'étude des courts­ circuits a commencé il y a quelques années avec les premiers travaux observés en 2013. Cependant, les études restent limitées à plusieurs égards. La technologie normalement bloquée des composants p-GaN et cascade a été étudiée presque exclusivement et les tensions les plus élevées n'ont pu être atteintes qu'au prix de concessions (environnement surchauffé, augmentation de la résistance de grille). La littérature est inexistante pour la technologie normalement passante. De plus, les études actuelles se concentrent principalement sur la robustesse des composants face à un unique court-circuit destructif et sur le temps avant défaillance. Plutôt que de réaliser des courts-circuits destructifs, avec une analyse du composant d'autant plus difficile une fois celui-ci détruit, il a été décidé de réaliser des courts-circuits répétitifs et non destructifs. Ces courts-circuits sont entrecoupés de caractérisations électriques afin d'identifier les variations paramétriques et de mieux comprendre les mécanismes de dégradation et de défaillance. L'étude des dommages induits constitue donc un point clé et contribuera à la conception de puces plus robustes face aux courts­ circuits. Deux fournisseurs de composants GaN de 650 V ont été sélectionnés, incluant des composants normalement passants et normalement bloqués. Un banc d'essai de courts-circuits spécifiquement conçu pour les composants GaN HEMT de 650 V a ainsi été développé. Il se compose de trois parties : une carte mère d'alimentation, une carte tille pour le composant, et une carte de commande. Un sarcophage a été conçu par impression 3D. Il maintient le composant par pression sur la carte tille et élimine la nécessité de souder les composants, réduisant ainsi les contraintes thermiques sur la carte lors des soudures et dessoudures successives. Cependant, la tâche s'est avérée plus ardue que prévu. Malgré les soins particuliers apportés au routage et à la compacité des cartes électroniques, dans le but de réduire l'inductance de boucle, les premiers tests n'étaient pas du tout concluants. Le banc expérimental a par conséquent dû être considérablement revu et optimisé. Une simulation SPICE a été développée pour aider à mieux comprendre les phénomènes parasites. La réduction des courants de mode commun a été d'une importance primordiale, grâce à l'utilisation de sondes appropriées ou de tores de ferrites. Plusieurs versions du banc d'essai ont été conçues afin obtenir des résultats pertinents en termes de stabilité et conformité en vue des futures normes JEDEC pour les tests de courts-circuits. Différentes variations paramétriques et dynamiques ont été observées. En outre, des composants de même structure et aux caractéristiques similaires, mais provenant de différents fournisseurs, ont donné des résultats sensiblement différents en termes de stabilité et de robustesse face aux courts-circuits. Des hypothèses explicatives ont été formulées à la fin de la thèse.

« Commande d'un moteur hydraulique digital à pistons radiaux »

Doctorant : Justin DARNET

Laboratoire INSA : Ampère

École doctorale : ED160 : EEA (Electronique, Electrotechnique, Automatique)

Les transmissions hydrauliques sont aujourd’hui très répandues dans les domaines de l’industrie, du transport et de la mobilité des engins de forte puissance. Au cours des dernières décennies l’hydraulique dite digitale a fait l’objet de nombreux travaux de recherche, se présentant comme une solution permettant de réduire la consommation énergétique des transmissions et d’améliorer leur pilotabilité à moindres coûts. Des nouvelles architectures de moteurs hydrauliques comprenant des électrovannes digitales ont ainsi pu voir le jour. Nous nous sommes intéressés à la commande des moteurs hydrauliques digitaux à pistons radiaux en vue d’améliorer, à terme, le rendement et la motricité des machines qui en seront équipé.
Après avoir étudié les architectures et les lois de commandes disponibles dans la littérature pour ce type de composant, nous avons pu construire différents modèles du moteur hydraulique digital considéré. Une première loi de commande innovante a été synthétisée en vue de contrôler le couple d’un moteur élémentaire, en considérant la compressibilité de l’huile. Des contraintes de commande ont pu être proposées et intégrées au contrôle afin de faciliter l’intégration du composant dans une transmission hydraulique. Pour clore cette étude, une discussion des verrous technologiques restant à lever a été menée.
Par la suite, nous avons étudié deux autres lois de commande déjà connues de la littérature et notamment utilisées pour contrôler des machines électriques et des moteurs/pompes hydrauliques digitaux. Une commande directe du couple a alors été analysée en détails, puis mise en œuvre pour contrôler le couple ou la vitesse du moteur digital. Enfin, nous avons synthétisé une commande prédictive afin de contrôler la vitesse du moteur de manière efficace, avant d’étudier en détails l’influence des différents paramètres de commande sur le comportement du moteur.
 

« Contribution au développement de simulateur haptique pour l’apprentissage du geste chirurgical de l’insertion d’aiguille »

Doctorant : Benjamin DELBOS 

Laboratoire INSA : AMPERE

École doctorale : ED160 : EEA (Electronique, Electrotechnique, Automatique)

Au cours de cette doctorat, l'étude se concentre sur la simulation pour l'apprentissage du geste chirurgical d'insertion d'aiguille. Ce manuscrit explore plusieurs thématiques liées à la conception de simulateurs haptiques utilisant un retour de force via une interface haptique. Deux échelles de travail sont à distinguer.
La première concerne la reproduction haptique de l'interaction outil-tissu, visant à simuler les forces ressenties par le chirurgien lors de la pratique clinique. Bien que cette thématique ne soit pas spécifique à un geste particulier, elle s'applique à l'insertion d'aiguille, présente dans de nombreuses procédures chirurgicales. La problématique principale réside dans la modélisation et l’implémentation des forces d'insertion en simulation haptique, afin de reproduire fidèlement ces forces à travers une interface haptique. Parallèlement, une interface à retour de force a été conçue pour la simulation de l'insertion d'aiguille, optimisant ses performances tout en réduisant le coût des simulateurs, directement lié au coût de l'interface.
La seconde thématique concerne la reproduction de l'interaction chirurgien-patient, spécifique au geste de ponction ventriculaire, un acte courant en neurochirurgie. L'objectif est de fournir une représentation réaliste du geste pour améliorer l'apprentissage via la simulation haptique. Le simulateur développé associe un retour haptique, un retour visuel et un mannequin anatomique. Cette approche multimodale, absente de la littérature, vise à équilibrer la simulation haptique et physique, tout en garantissant la cohérence des retours sensoriels. Enfin, une méthodologie a été établie pour diversifier les cas d'études en simulation patient-spécifique, malgré les contraintes imposées par la présence du mannequin physique, en explorant des méthodes de génération de simulations adaptées.

High-performance cooling of power semiconductor devices embedded in a printed circuit board

Doctorant : Ahmed Sabry Eltaher AHMED

Laboratoire INSA : AMPERE

École doctorale : ED162 : MEGA de Lyon (Mécanique, Energétique, Génie civil, Acoustique)

L'intégration de dispositifs semi-conducteurs de puissance dans un circuit imprimé (PCB) est une solution prometteuse pour réduire les éléments parasites des circuits, simplifier le packaging des dispositifs et réduire les coûts. Cependant, la réduction continue de la taille des puces semi-conductrices, combinée à la faible conductivité thermique des couches diélectriques des PCB nécessitent des solutions de gestion thermique plus efficaces.
Dans ce projet de recherche, deux solutions de gestion thermique sont étudiées. Tout d'abord, un dissipateur de chaleur en graphite avec une haute conductivité thermique (1300 W/(m.K) dans le plan, et 15 W/(m.K) hors plan) est intégré dans le PCB. Deuxièmement, une solution d'extraction de chaleur basée sur la technique de refroidissement par jet d'eau impactant est mise en œuvre pour collecter la chaleur à la surface du PCB. Pour la solution de dissipation de chaleur, les valeurs des résistances thermiques jonction-environnement et jonction-boîtier (RthJA et RthJC, respectivement), des variantes de PCB avec des diodes et des puces MOSFET intégrées, sont réduites jusqu'à 38 % pour RthJA et 30 % pour RthJC, d'après les mesures. Pour la solution d'extraction de chaleur, le refroidisseur à jet d'eau (JIC) présenté réduit expérimentalement RthJA de 33 % par rapport à une plaque froide conventionnelle. Le coefficient de transfert de chaleur effectif (HTC) du JIC est calculé par simulations et s'élève à environ 43 kW/(m².K) avec une chute de pression de 9,7 kPa. Cette performance permet d'atteindre une densité de puissance de 865 W/cm² sans dépasser la limite de température de jonction de 175°C. Augmenter la conductivité thermique de la couche isolante par un facteur de 10 permettra d'atteindre 993 W/cm² (très proche de l'objectif de 1000 W/cm²).
 

Développement d'encres fonctionnelles pour l'in-Mold Electronicc

Doctorant : Thomas GUÉRIN

Laboratoire INSA : AMPERE

École doctorale : ED160 : EEA (Electronique, Electrotechnique, Automatique)

Cette thèse explore le domaine émergent de la plastronique 3D, qui combine l’électronique et la plasturgie pour intégrer des circuits électroniques sur des substrats 3D en polymère. Le travail se concentre sur le développement d’encres conductrices pour le procédé In-Mold Electronics (IME), une technique prometteuse pour la production en grand volume de dispositifs plastroniques, notamment pour les interfaces homme-machine.

Le processus IME comprend plusieurs étapes : l’impression de pistes conductrices sur un film mince de polycarbonate à l’aide d’encre conductrice, le transfert des composants électroniques sur le film et leur connexion au circuit par collage, le thermoformage du film en 3D et le surmoulage 3D par injection de thermoplastique.

La thèse étudie différentes formulations d’encres conductrices, en se concentrant sur celles composées d’une matrice polymérique organique contenant des charges métalliques micrométriques, avec l’argent comme conducteur électrique. Des encres à base de matériaux organiques issus de la pétrochimie ont été élaborées.

Deux encres se sont démarquées : l’encre N°1 (Vinnol H30/48M) avec une faible résistivité mais peu thermoformable, et l’encre N°2 (TPU 4878 NT1) avec des performances satisfaisantes en résistivité et thermoformage.

En parallèle, des encres conductrices biosourcées ont été formulées, dont l’encre N°3 (PLA-CY-804) avec une faible résistivité et l’encre N°4 (PLA-CY-212) avec de bonnes performances en résistivité et thermoformage. L’encre N°4 se distingue par son respect de l’environnement.

Cependant, des limitations subsistent, notamment des problèmes de délamination et de rupture des pistes conductrices lors du thermoformage, ainsi que le détachement des composants électroniques lors de l’étape d’injection. Ces contraintes géométriques liées au 3D ont été étudiées, mais certaines encres n’ont pas encore été testées jusqu’à la réalisation d’un démonstrateur.

 

Methodology for the robust design of air bleed systems in aeronautics

Doctorant : Gabriel DE CARVALHO FERREIRA SILVA

Laboratoire INSA : AMPERE

École doctorale : ED160 : EEA (Electronique, Electrotechnique, Automatique)

At the design stage, product engineers try to find the perfect balance between the physical parameters of the components and the performance required to properly design a system. It is therefore very important to understand how the choice of physical parameters at the design stage will impact the dynamic behavior of the final product. The problem requires skills in modeling complex multi-physics systems and control theory.
This work investigates the air bleed system of aircraft in collaboration with Liebherr Aerospace Toulouse. Although the structure of each valve and the arrangement of valves in the air bleed system are well known, the parameters that critically impact performance are difficult to identify. Due to the complexity of the model required to reproduce the behavior of valves, its non-linearity and the high degree of coupling between parameters, existing tools quickly show their limits. That is why the aim of the work presented in this thesis is to propose a new methodology that closely address the dynamic aspects of these valves from the design stage and provide a relevant evaluation of their dynamic performance in relation with the design requirements. This new methodology is presented and described from its theoretical concepts to its application to practical problems; it is based on a specific modeling step followed by a numerically solved stability condition, which is formulated as a constrained optimization based on linear matrix inequalities (LMI). The main originality of this work is based on the use of optimization tools to find, not an optimal parameter value, but the admissible ranges for a set of parameters which guarantee the required dynamic behavior.

 

Pilotage d'une chaîne de conversion active et Analyse de Cycle de Vie pour le petit éolien

Doctorant : Adrien PREVOST

Laboratoire INSA : AMPERE

École doctorale : ED160 : EEA (Electronique, Electrotechnique, Automatique)

Cette thèse porte sur l’étude d’une chaîne de conversion active pour le petit éolien. Dans sa configuration initiale, l’éolienne étudiée est équipée d’une génératrice synchrone à aimants permanents raccordée à une batterie via un redresseur à diodes. Dans ce travail, nous proposons une modification du système visant à augmenter son efficacité : remplacer le redresseur à diodes par un redresseur actif, tout en questionnant les impacts environnementaux et sociétaux de cette modification. Dans la première phase du travail, nous avons réalisé un banc d’essais permettant d’émuler le comportement de l’éolienne, afin d’évaluer sa performance en conditions stationnaires et dynamiques. Nous avons ensuite modélisé le système génératrice-convertisseur dans le but de proposer une loi de commande. Pour ce faire, nous avons établi puis validé expérimentalement un modèle réluctant et un modèle par éléments finis de la génératrice. Nous avons ensuite proposé une loi de commande du système avec un redresseur actif qui a montré des gains de performance significatifs en comparaison avec la configuration classique de redresseur à diodes. Nous avons notamment montré que la stratégie pouvait se passer de capteur mécanique de position grâce à un observateur tout en étant robuste aux incertitudes du modèle. Du point de vue environnemental, une Analyse de Cycle de Vie (ACV) du système a montré que les parties les plus impactantes étaient la structure du mât et les batteries. Nous avons proposé un cadre de pensée unifié pour considérer l’optimisation technico-environnementale du système. Enfin, nous avons étudié la communauté du petit éolien auto-construit en France pour comprendre quel effet pourrait avoir l'introduction d'un redresseur actif sur l'appropriation de l'éolienne.

 

 

 

 

Proposition et mise en œuvre d'une topologie d'onduleur multifonctionnel à tension de bus régulée pour la traction électrique

Doctorant : Antoine SABRIE

Laboratoire INSA : Ampère

École doctorale : ED160 : EEA (Electronique, Electrotechnique, Automatique)

Dans le cadre de la traction électrique pour les véhicules routiers, il est indispensable de recourir à des onduleurs dont le rôle est de convertir l’énergie électrique entre une source de stockage continue de type batterie et la charge alternative que représente une machine électrique triphasée. Idéalement, cette conversion devrait se faire sans perte de tension. En pratique, il apparaît inévitablement une limitation de la tension avec laquelle un onduleur est capable d’alimenter une machine électrique. Pour bienanalyser cette limitation, nous avons proposé une modélisation fine des chutes de tension de l’onduleur afin de permettre une estimation analytique rapide et fidèle. Les résultats expérimentaux valident le modèle proposé dans la quasi-totalité de points de fonctionnement atteignable. Une solution utilisée industriellement pour palier à cette limitation de l’onduleur est d’ajouter un convertisseur DC - DC élévateur. L’inconvénient de cette solution est qu’elle introduit un deuxième étage pouvant impacter le rendement global et la fiabilité de la chaîne de traction. Ces dernières années, des architectures d’onduleur élévateur en un étage de conversion sont proposées dans la littérature. L’une de ces architectures est apparue et présente des avantages compétitifs par rapport à ses homologues. Il s’agit de l’onduleur à Split Source (SSI). Néanmoins, nous avons montré que ce convertisseur est incompatible à la traction électrique due principalement au manque de réversibilité et à une perte de degré de liberté pour le pilotage de la charge. Par la suite, nous avons proposé une nouvelle architecture triphasée et réversible basée sur le convertisseur SSI, appelée B-ASSI, qui est compatible à l’application visée. L’analyse et la modélisation du convertisseur B-ASSI sont réalisées. Une modulation pour son pilotage, ainsi qu’une stratégie de contrôle de sa tension de bus sont développées. Enfin, le B-ASSI est construit et testé expérimentalement par une preuve de concept de quelques 𝑘𝑘𝑘𝑘. Après avoir étudié les performances du B-ASSI vis-à-vis des architectures existantes, nous nous intéressons à la possibilité d’introduire une fonctionnalité d’abaissement de la tension d’alimentation du B-ASSI. Nous montrons que cela permet d’améliorer les formes d’ondes alimentant la machine, réduire les oscillations de couple utile, améliorer le rendement de la machine, et réduire la montée en températuredu convertisseur. Finalement, une extension du B-ASSI permettant l’abaissement de sa tension de bus est proposée et étudiée. Une première validation en simulation et expérimentale valident le principe de fonctionnement.

 

Méthode de détection et de diagnostic des attaques de blocage dans les systèmes manufacturiers flexibles incertains

Doctorant : Amaury BEAUDET

Laboratoire INSA : Ampère

École doctorale : ED160 : EEA

Les systèmes manufacturiers flexibles (FMSs en anglais) sont conçus avec l’objectif de pouvoir réaliser différentes recettes en parallèle en utilisant conjointement des ressources flexibles et un superviseur allouant ces ressources aux différentes recettes en cours. Par conception, un FMS évolue dans un environnement critique, en présence d’états d’allocation des ressources bloquants pour la réalisation des recettes, et incertain, en raison d’évènements imprévus conduisant à l’indisponibilités temporaire des ressources. Au sein des FMSs modernes, l’utilisation pour l’allocation des ressources de composants de contrôle hautement interconnectés entre eux et avec des réseaux internet ouverts a rendu ces systèmes vulnérables aux cyber-attaques. Aux origines de ces cyber- attaques, différents profils d’attaquant peuvent être distingués selon leurs objectifs, leurs origines, leurs compétences et leurs moyens.
Ainsi, bien qu’un FMS soit initialement construit pour faire face aux états de blocage et aux indisponibilités de ressources, un profil d’attaquant expert pourrait être capable de manipuler les décisions d’allocation et les disponibilités des ressources pour conduire ce FMS dans un état de blocage ciblé. A partir de cette observation, la problématique de recherche suivante émerge : Au sein du contexte incertain des FMSs, comment diagnostiquer correctement l’origine, naturelle ou malveillante, d’un état de blocage détecté et identifier le profil d’attaquant à l’origine de l’attaque ?
En réponse à cette problématique, nous proposons trois contributions principales. Premièrement, les attaques de blocage et les profils d’attaquant sont définis et modélisés dans un contexte certain afin de structurer le développement d’un module de diagnostic de ces derniers. Puis, ce module est étendu au contexte incertain des FMS au sein duquel l’indisponibilité des ressources est prise en compte et peut être manipulée par un attaquant. Enfin, ce module de diagnostic est implémenté sur une plateforme manufacturière expérimentale afin d’être évalué.