• CEBC (UMR 7372) Centre d’Etudes Biologiques de Chizé

Equipe ECOPHY
Ecophysiologie et changements globaux

  • MECADEV (UMR 7179) Mécanismes Adaptatifs et Evolution

Equipe FUNEVOL
Function & Evolution

  • PMMH (UMR 7636) Physique et Mécanique des Milieux Hétérogènes
  • Pprime (UPR 3346) Laboratoire de recherche des domaines des Sciences Physiques et des Sciences de l’Ingénierie

Equipe CoBRA
Cobotique, Bio-Ingénierie & Robotique pour l’Assistance

Equipe Curiosity

Dépt-PMM
Physique et Mécanique des Matériaux

  • INRIA Bordeaux

Equipe MEMPHIS
Modèles et méthodes pour les problèmes multiphysiques et interactions

Synoptique

Les différents objectifs scientifiques sont liés via des hypothèses spécifiques décrites dans cinq work packages (WP).

Les différents objectifs scientifiques sont liés via des hypothèses spécifiques décrites dans cinq work packages (WP)

Doctorants

Elie Gautreau

Titre de la thèse : Synthèse biomimétique pour la robotique bio-inspirée : application à la nage ondulatoire de serpent drone

 Étudier les serpents et prendre des mesures précises de leurs mouvements pour qualifier et quantifier l’efficacité énergétique de leur nage est une étape importante. Tester l’impact de modifications de paramètres cinématiques requiert une obéissance de leur part, ce qui est impossible. La solution envisagée est l’utilisation d’un drone serpent bio-inspiré, reproduisant la nage ondulatoire des serpents biologiques. Un tel robot relevant du biomimétisme est un outil développé par les roboticiens pour les biologistes s’insérant dans une boucle de rétroaction pour mettre à l’épreuve des hypothèses biologiques.
 Ainsi, mon projet doctoral vise à développer un système mécatronique complexe par biomimétisme reliant la cinématique ondulatoire aux performances et à l’efficacité de la nage des serpents. Il s’agit à la fois de contribuer à la constitution d’une vaste collection de cinématiques à l’aide d’enregistrements précis, et de développer une méthode biomimétique optimale permettant l’amélioration de la conception des drones plus économes en énergie. A long terme, ce projet doit permettre la collaboration entre les roboticiens et les industriels impliqués dans le développement de drones serpents bio-inspirés. Aussi, le biomimétisme pourra être intégré aux programmes d’enseignements supérieurs dans les années à venir en incluant l’importance grandissante des process et technologies de bio-inspiration.
 Cette thèse reposera sur trois grands objectifs. (1) Réaliser une étude cinématique de la nage volumique des serpents biologiques à travers une campagne de prises de mesures par capture de mouvements et par vidéos. (2) Développer la cinématique d’un module bio-inspiré et l’exploiter dans la réalisation d’un serpent bio-inspiré multi-modules. (3) Développer et intégrer la commande du robot en reproduisant les mécanismes de nages des serpents de manière fidèle et fiable pour les scientifiques.

Doctorant au sein de l’équipe CoBRA (2021-2024). 
Encadrants : Med Amine Laribi (CoBRA), Xavier Bonnet (CEBC)
École doctorale : SIMME (Université de Poitiers).
Financeurs : ANR DRAGON 2 
Mail : elie.gautreau@univ-poitiers.fr 

Guillaume Fosseries

Titre de la thèse : Transitions-retour vers la vie aquatique : cinématique ondulatoire de la nage chez les ophidiens

 Les transitions-retour vers la vie aquatique ont façonné de nombreux organismes et fortement impacté les écosystèmes marins fossiles et actuels. Etudier les processus évolutifs impliqués reste cependant difficile, des étapes-clés étant manquantes dans la plupart des lignées actuelles. Ce n’est pas le cas des serpents. Tous les intermédiaires existent et un seul mode de déplacement par ondulations est efficace sur terre et dans l’eau. L’hypothèse centrale de ce projet est que l’adaptation à la vie aquatique a modifié la cinétique des ondulations pour optimiser la nage en minimisant les forces de résistance tout en maximisant celles de propulsion.  L’efficacité énergétique de la nage devrait donc être plus grande chez les espèces aquatiques. Quantifier cette efficacité, tout en mesurant les performances de nage et la cinématique ondulatoire des individus, est techniquement difficile. L’option choisie ici est donc de mesurer le coefficient de trainée de l’animal qui nage. Ceci fait appel à des domaines tels que la mécanique des fluides et la modélisation numérique. Cette thèse s’inscrit dans le projet DRAGON2, financé par l’ANR, incluant un réseau de collaborateurs appartenant à ces différents domaines, et également à la robotique, la conception de robots serpent capables de progresser sur différents substrats étant un enjeu appliqué du projet. 
Pour mener à bien ce projet un répertoire de cinématiques de nage d’une grande diversité d’espèces est nécessaire. Mon objectif lors de cette thèse est d’enregistrer en laboratoire et sur le terrain des séquences de nage et de reptation de nombreux individus et de différentes espèces, qu’elles soient terrestres, semi-aquatiques ou marines, tous les serpents étant capable de nager. L’analyse des vidéos obtenues permettra de confronter les performances athlétiques enregistrées à la cinématique de nage et ainsi de comprendre comment l’adaptation à la vie aquatique a influencé la nage ondulatoire, notamment en optimisant la fréquence et/ou l’amplitude des oscillations ou la forme du corps pendant la nage. Plusieurs facteurs seront pris en compte, comme l’âge, le sexe, la taille, le mode de chasse, le statut reproducteur et la condition corporelle, permettant ainsi de mettre en évidence les variations intra et interspécifiques au sein de la phylogénie des serpents
.

Doctorant au sein de l’équipe ECOPHY (2021-2024). 
Encadrants : Xavier BONNET (CEBC), Anthony HERREL (MECADEV) et Ramiro GODOY-DIANA (ESPCI)
École doctorale : EUCLIDE (La Rochelle Université).
Financeurs : ANR DRAGON 2 
Mail : guillaume.fosseries@cebc.cnrs.fr 

Vincent Stin

Titre de la thèse : Quelles sont les interactions entre un serpent qui nage et l’eau environnante ?

 La principale méthode de locomotion d’un serpent sur terre est son oscillation périodique très caractéristique. Sous l’eau, ses déplacements peuvent être plus complexes grâce à la possibilité de se déplacer dans les 3 dimensions mais une oscillation est toujours présente. La morphologie allongée et sans membres des serpents a été conservée pendant plus de 100 millions d'années d'évolution et à travers plus de 3000 espèces et plusieurs lignées de serpents ont évolué de manière indépendante vers un retour à la vie aquatique. Il est possible d’observer des phénomènes contre-intuitifs comme par exemple la possibilité d’avoir un serpent terrestre ayant une meilleure performance athlétique qu’un serpent aquatique. Certaines questions se soulèvent alors, notamment à quel point la nage ondulatoire des serpents est-elle efficace ?

Le but principal de ce projet doctoral est de caractériser l’hydrodynamique de la nage des serpents en 3 dimensions. L’interaction entre l’eau et de nombreuses espèces de serpents sera étudiée de manière expérimentale grâce à un système de Particle Image Velocimetry. Ce système permet de mesurer les déplacements d’eau autour du serpent qui nage et d'obtenir des champs de vitesses. Il est ainsi possible d’étudier la morphologie et les comportements du sillage des serpents. Une hypothèse à vérifier ou infirmer est que l'adaptation du serpent à un environnement aquatique est caractérisée par sa capacité à réduire ses profils de traînée et donc augmenter son efficacité. 

Ce projet pluridisciplinaire à l’interface entre la biomécanique et l’hydrodynamique vise à (1) établir une base de données de champs de vitesses de serpents variés (morphologie, mode de vie, etc.) et (2) de caractériser leurs comportements hydrodynamiques et d’estimer leur différence d’efficacité de nage.

Doctorant au sein de l’équipe l’équipe BIOMIM (PMMH) et MECADEV (MNHN). 
Encadrants : Ramiro Godoy-Diana (PMMH), Anthony Herrel (MNHN) et Xavier Bonnet (CEBC)
École doctorale : EDPIF (Sorbonne Université).
Financeurs : Programme doctoral IPV (Sorbonne Université), ANR DRAGON 2 
Mail : vincent.stin@espci.fr