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Présentation de l’Ecole Supérieure de Physique et de Chimie Industrielles de la Ville de Paris
L’ESPCI Paris – PSL (École Supérieure de Physique et de Chimie Industrielles de la Ville de Paris) est une école d’ingénieurs généraliste qui forme, depuis 1882, des ingénieurs de rupture, adaptables et créatifs, dotés d’un solide bagage théorique et expérimental, conscients des enjeux de la société.
Elle est intégrée à un centre de recherche reconnu internationalement en physique, chimie et biologie (500 publications par an). Elle est connue pour sa capacité à transformer les connaissances issues de la recherche fondamentale en innovations de rupture (2 brevets par mois, 3 start-ups par an).
Distinguée par 6 Prix Nobel, elle accueille 400 élèves-ingénieurs, 530 chercheurs (dont 250 doctorants et 100 post-doctorants) dans 10 unités mixtes de recherche et environ 100 agents des fonctions support de la recherche et de l’enseignement.
Depuis sa création, l’ESPCI n’a cessé de mobiliser ses forces et compétences au service de sujets sociétaux majeurs et de défendre l’importance de la science au service de la société. L’environnement, la solidarité, la santé, l’accès et l’ouverture au savoir sont des enjeux que l’ESPCI s’est engagée à prendre en compte dans son quotidien tout en contribuant à les faire avancer. L’ESPCI défend l’égalité des chances et promeut la diversité sociale. Elle encourage et valorise l’engagement, notamment associatif, de ses étudiants.
Notre établissement fait partie de l’Université Paris Sciences & Lettres. Numéro 1 du classement mondial des jeunes universités publié par le Times Higher Education, PSL figure aussi dans le top 50 des meilleures universités mondiales (Shanghai, Times Higher Education, QS, CWUR).
L’ESPCI est engagée dans un vaste projet de rénovation de son campus parisien qui fera d’elle un des sites scientifiques les plus modernes de Paris.
Rattachement du poste
Le post-doc aura lieu au sein de l’institut Langevin qui est une unité mixte de recherche ESPCI-Paris et CNRS qui a été créé en 2009 par M. Fink de manière à rapprocher sur un même site, des chercheuses et chercheurs issus d’horizons divers animés par une même passion : l’étude de tous les types d’ondes possibles. Le spectre des ondes concernées est très large : ondes mécaniques (ondes acoustiques, élastiques et sismiques, vagues), ondes électromagnétiques (radiofréquences, micro-ondes, Térahertz) et optique (infrarouge et visible). Les chercheurs de l’Institut se donnent pour objectif de comprendre les mécanismes de propagation de ces différents types d’ondes dans les milieux les plus complexes et de tirer parti de cette meilleure compréhension pour concevoir des instruments originaux pour la manipulation de ces ondes et l’imagerie de ces milieux.
Les champs d’application de ces recherches sont très variés allant de la médecine et de la biologie à la géophysique en passant par les télécommunications et le contrôle non destructif des matériaux.
Les activités de recherche de l’Institut sont structurées autour de quatre grands thèmes qui s’alimentent continuellement. Le post-doc intégrera la thématique, Ondes, complexité et information.
Il bénéficiera de tout l’environnement du laboratoire et du thème pour mener à bien ses recherches. Le post-doc s’inscrit dans le cadre du projet COMSO-Ku dont le responsable scientifique pour l’institut Langevin est Julien de Rosny (Directeur de recherche & directeur adjoint). Il pourra également bénéficier de l’expérience de Abdelwaheb Ourir, ingénieur de recherche CNRS, qui également pleinement impliqué dans ce projet.
Missions et responsabilités
Ce post-doc s’inscrit dans le cadre du projet COMSO-Ku qui a pour objectif de développer des antennes à forma-tion de faisceaux électroniques (ESA) à base de métasurfaces programmables (RIS). Ce projet implique l’institut Langevin, la société Greenerwave qui en est le porteur et la société Eutelsat. L’objectif est d’atteindre des perfor-mances nécessaires pour réaliser des communications avec les constellations de satellites en orbites basses et géos-tationnaires. Un paramètre clé pour ce type d’application est l’évaluation du facteur de mérite G/T où G est le gain de l’antenne à la fréquence de fonctionnement, et T est la température de bruit équivalente du système de réception. La température du système de réception combine la température de bruit de l’antenne et celle de la chaîne RF. Dans la cas d’un système constituée d’une métasurface programmable et d’une antenne de réception, la modélisation du gain et de la température de l’antenne devient particulièrement délicate. En effet, elle dépend fortement de l’état des charges variables associées à chaque élément de la métasurface reconfigurable.
L’objectif de ce post-doc est de proposer un modèle à partir de l’analyse de la matrice de scattering qui permet de d’estimer non seulement le gain mais également la température équivalente dans les systèmes de réceptions qui font des RIS dont les éléments commutent entre 2 états distincts.
Détail du post-doc :
Les antennes à formation de faisceaux électronique, compacte, légère, sans asservissement mécanique, sont de plus en plus utilisées pour les applications SATCOM notamment dans le cadre des méga-constellations de satellites. Cependant, ces antennes reposent toutes sur le même concept d’antenne réseau à commande de phase, plus communément appelé « Phased Array », qui consiste à ajuster la phase d’un grand nombre de sources afin de pouvoir pointer dans une direction. Cette technologie peut être passive, dans le sens où une source RF commune est utilisée avec un réseau de déphaseurs ou active, dans le sens où chaque petit émetteur génère un signal et dis-pose de sa propre source RF. Les technologies actuelles dites passives sont assez simples à fabriquer, mais sont peu efficaces.
La technologie de Greenerwave développé initialement à l’institut Langevin repose sur une approche radicale-ment différente. Elle utilise des antennes reconfigurables à cavité à fuites pour réaliser la formation de faisceaux (voir figure 1) inspirées des surfaces reconfigurables[1,2]. Ici la surface reconfigurable est incluse dans une cavité réverbérante avec un port d’accès. Pour obtenir le diagramme de rayonnement souhaité, i.e. de pointer un ou plusieurs faisceaux vers les directions souhaitées, la cavité est ajustée en temps réel grâce une surface intelligente reconfigurable (métasurface) [3]. La métasurface contrôle les réflexions des ondes dans la cavité via des algo-rithmes optimisés permettant de maîtriser logiciellement le comportement de l’antenne (un faisceau, deux fais-ceaux, direction des faisceaux, polarisation, etc.). Cette technologie supporte également les multi-bandes et permet d’émettre plusieurs faisceaux simultanément à différentes fréquences et avec des polarisations différentes.
Figure 1 : Principe de fonctionnement d’une antenne Greenerwave
Pour les applications satellites, il est indispensable de modéliser simultanément le gain d’antenne apporté par l’antenne ainsi que sa température effective. À cette fin, le post-doc de deux ans comportera différentes grandes étapes. La première consistera à modéliser le gain, ainsi que les pertes radiatives et non radiatives. Une approche pour modéliser les éléments de RIS est de les considérer comme des dipôles électromagnétiques chargés d’impédance variable, comme nous l’avons récemment étudié [4]. Cependant, cette modélisation est limitée à des éléments rayonnants correspondants à des dipôles. C’est pourquoi nous souhaitons la généraliser à partir d’une approche en termes de matrice de scattering sur les harmoniques sphériques de chaque élément, comme nous l’avons fait récemment [5]. Cette approche permet de distinguer explicitement le facteur d’antenne du facteur de structure, un paramètre clé, particulièrement dans le cas de cellules élémentaires constituées de patchs.
Cette modélisation permettra de prendre en compte de manière fine les éléments en distinguant les pertes par rayonnement des pertes par effet Joule, qui jouent un rôle prépondérant dans la température de l’antenne et le gain associé à la surface reconfigurable. Cette modélisation sera validée à l’aide de simulations numériques réalisées avec CST Studio. Dans un second temps, le lien avec la génération du bruit thermique sera établi. Enfin, cette approche permettra de proposer des solutions pour augmenter le rapport G/T. Une étude sera également menée sur l’effet de l’échauffement des composants de commutation sur la température équivalente.
En collaboration avec un autre post-doctorant chargé de la réalisation expérimentale, ce modèle sera validé à partir de mesures effectuées en chambre anéchoïque calibrée et en chambre réverbérante.
[1] Marco Di Renzo, Alessio Zappone, Merouane Debbah, Mohamed-Slim Alouini, Chau Yuen, Julien De Rosny, Sergei Tretyakov, Smart radio environments empowered by reconfigurable intelligent surfaces : How it works, state of research, and the road ahead, EEE journal on selected areas in communications, vol 38, p. 2450-2525, 2020
[2] R Fara, P Ratajczak, DT Phan-Huy, A Ourir, M Di Renzo, J De Rosny, ‘A prototype of reconfigurable intelli-gent surface with continuous control of the reflection phase’ IEEE Wireless Communications 29 (1), 70-77, 2022.
[3] J-B. Gros, P. del Hougne, and G. Lerosey ‘Tuning a regular cavity to wave chaos with metasurface-reconfigurable walls’, Phys. Rev. A 101, 061801(R), 2020.
[4] An Electromagnetic-Compliant Scattering Model for Reconfigurable Intelligent Surfaces, Hussein Ezzeddine, A. Ourir, J. de Rosny, Published in European Conference on… 17 March 2024, Engineering, Physics
[5] Julien de Rosny and François Sarrazin, Derivation of Antenna $Q$-factor based on Antenna Scattering-Matrix Theory, ArXiv, https://arxiv.org/abs/2403.09894v1, 2024
Profil
Connaissances et qualités recherchées :
• Théorie des équations de Maxwell appliquée aux micro-ondes
• Modélisation des réseaux d’antennes MIMO
• Théorie multiport de l’electrocinétique
• Modélisation des surfaces reconfigrables intelligentes
• Utilisation de logiciel commerciaux « full-wave »
• Calculs, simulation, traitement sous logiciel type Python ou Matlab
Une connaissance du fonctionnement et de l’organisation de la fonction publique, notamment territoriale, est souhaitée.
Formation requise (ou diplôme) : Thèse
Modalités de Recrutement
Les candidatures de personnes disposant de la RQTH sont encouragées.
Poste à pourvoir à compter du : 01/10/2024
Contact
Les candidatures (CV, lettre de motivation) sont à transmettre par courriel à julien.derosny@espci.fr
Pour tout complément d’informations, contacter : Julien de Rosny
Tél. 01 80 96 30 52
Lieu
1 rue Jussieu, 75005 Paris
Métro ligne 7 (Metro Jussieu) – Gare d’Austerlitz – Gare de Lyon - Bus 24,63,67, ... -Vélib’ stations à proximité.