Mohammed TERRAH, Laboratoire GeePs, “Conception et optimisation d'un système de transfert d'énergie sans contact pour applications aéronautiques”
Avis de Soutenance
Monsieur Mohammed TERRAH
Laboratoire de Génie Electrique et Electronique de Paris (GeePs),
Université Paris-Saclay, CentraleSupélec, CNRS, Sorbonne Université
Soutiendra publiquement ses travaux de thèse intitulés
“Conception et optimisation d'un système de transfert d'énergie sans contact pour applications aéronautiques”
Sous la direction de Monsieur Lionel PICHON et
le co-encadrement de Monsieur Mostafa-Kamel SMAIL et Monsieur Mohamed BENSETTI
Soutenance prévue le
mardi 20 janvier 2026 à 14h
Lieu : Bâtiment Eiffel (CentraleSupélec), 8 Rue Joliot Curie, 91190 Gif-sur-Yvette, Salle : Amphi 3
Lien visioconférence :
Composition du jury proposé
M. Christophe GUIFFAUT, Directeur de recherche au CNRS Xlim Rapporteur
M. Arnaud BREARD, Professeur des universités Centrale Lyon, Rapporteur
M. Eric LABOURE, Professeur des universités, Université Paris-Saclay, Examinateur
Mme Ghida AL ACHKAR, Ingénieur CEM, Safran, Examinatrice
M. Vincenzo CIRIMELE, Maître de conférences, Université de Bologne (Italie), Examinateur
Mots-clés : Transfert d'énergie sans contact, Optimisation, Drones, Electromagnétisme.
Résumé :
Le transfert d’énergie sans contact connaît aujourd’hui un développement important dans des domaines variés, allant de l’électronique portable aux véhicules électriques, en passant par les dispositifs biomédicaux implantables. L’extension de cette technologie au domaine des drones constitue une voie prometteuse pour dépasser les limitations actuelles en autonomie énergétique, un enjeu majeur freinant leur déploiement dans diverses applications. Plutôt qu’une augmentation de capacité batterie, solution qui s’accompagne d’un accroissement de masse et de coût avec moins de d'autonomie d'exécution, la mise en place de plateformes de recharge inductive, fixes ou embarquées, constitue une approche alternative permettant d’assurer des missions prolongées et autonomes.
Dans ce contexte, cette thèse porte sur la conception, la modélisation et l’optimisation d’un système de transfert d’énergie sans contact dédié aux drones. Dans un premier temps, un modèle électromagnétique et électrique précis du système est développé, intégrant l’environnement réel d’implantation sur drone ainsi que différents scénarios de désalignement. Ce modèle permet d’identifier les paramètres influençant le rendement, le tolérance aux désalignements et la masse embarquée.
Une étude paramétrique approfondie est conduite afin de déterminer une configuration présentant un compromis favorable entre performances énergétiques et contrainte de masse. Sur cette base, une validation expérimentale est réalisée, incluant la caractérisation du coupleur, la mesure du rendement énergétique et l’analyse du champ magnétique rayonné vers l’électronique embarquée du drone. Cette étape permet de confirmer la pertinence du modèle développé et d’établir les fondations pour l’optimisation.
Dans une seconde phase, une méthodologie d’optimisation multi-objectif est mise en œuvre pour améliorer la conception du coupleur magnétique. Les algorithmes d’optimisation sont associés à des techniques de méta-modélisation, permettant de réduire significativement les temps de calcul liés aux simulations 3D tout en conservant une précision satisfaisante. Les critères considérés incluent rendement, masse, tolérance au désalignement et rayonnement électromagnétique.
Abstract :
Wireless power transfer (WPT) has gained strong momentum in recent years, with applications spanning consumer electronics, electric mobility, and implantable biomedical devices. Extending this technology to unmanned aerial vehicles (UAVs) offers a promising solution to one of their main limitations: restricted flight/mission time. Instead of increasing battery capacity, an approach that inevitably leads to higher weight, cost, and reduced mission efficiency, wireless charging platforms provide a viable alternative to enable extended and autonomous UAV operations.
This thesis investigates the design, modeling, and optimization of an inductive wireless charging system for drones. A detailed electromagnetic and electrical model is first developed, explicitly accounting for the drone’s physical environment and for various misalignment scenarios encountered during landing. This modeling framework enables the identification of the key parameters driving transfer efficiency, misalignment tolerance, and onboard weight.
A parametric analysis is then carried out to determine a configuration balancing energy performance with weight constraints. The selected architecture is validated experimentally through magnetic coupler characterization, efficiency measurements, and evaluation of the magnetic field exposure at the location of the onboard electronics. These results confirm the relevance and accuracy of the proposed modeling approach.
In a second phase, a multi-objective optimization strategy is implemented to refine the coupler design. To overcome the computational cost associated with full 3D electromagnetic simulations, metamodeling techniques are introduced and combined with optimization algorithms. This approach enables efficient exploration of the design possibilities while preserving high prediction accuracy. The optimization targets include power transfer efficiency, mass, misalignment tolerance, and electromagnetic field levels.
