Mokrane Boudaoud, maître de conférences à Sorbonne Université et chercheur à l’ISIR, soutiendra son Habilitation à Diriger des Recherches (HDR), le mardi 24 mars 2026 à l’ISIR, sur le campus Pierre et Marie Curie de Sorbonne Université.
Titre de ses travaux : “Contributions to robotics and control for correlative in situ AFM-in-SEM microscopy”
La composition du jury est la suivante :
– Michaël Gauthier, Directeur de recherche CNRS à l’Institut FEMTO-ST, Besançon, FR, Rapporteur.
– Nicolas Marchand, Directeur de recherche CNRS au laboratoire GIPSA-lab, Grenoble, FR, Rapporteur.
– Pierre Renaud, Professeur à l’INSA de Strasbourg, Strasbourg, FR, Rapporteur.
– Sinan Haliyo, Professeur à Sorbonne Université, Paris, FR, Examinateur.
– Reza Moheimani, Professeur à University of Texas at Dallas, Dallas, USA, Examinateur.
– Pascal Morin, Professeur a MINES Paris-PSL, Paris, FR, Examinateur.
– Christine Prelle, Professeure à l’Université de Technologie de Compiègne, Compiègne, FR, Examinatrice.
– Stéphane Régnier, Professeur à Sorbonne Université, Paris, FR, Examinateur.
Résumé de son habilitation :
Cette habilitation à diriger des recherches présente une synthèse de mes activités de recherche, d’encadrement et de coordination scientifique menées au cours des douze dernières années au sein de l’ISIR, dans le domaine de l’automatique et de la robotique appliquées aux systèmes micro-robotiques. Mes travaux portent principalement sur la conception, la modélisation et la commande de dispositifs dédiés à la manipulation, à la caractérisation et à la microscopie à sonde locale à l’échelle submillimétrique. Ils s’articulent autour du développement de systèmes robotiques de microscopie à force atomique (AFM) polyarticulés, rapides et multi-échelles, capables d’opérer in situ dans un microscope électronique à balayage (SEM) dans le cadre de la microscopie corrélative avancée AFM-in-SEM.
Les problématiques scientifiques abordées s’inscrivent à l’interface entre automatique, robotique et instrumentation. Elles concernent notamment: (i) la modélisation non linéaire multi-échelle d’actionneurs piézoélectriques inertiels, avec une attention particulière portée aux phénomènes de frottement, (ii) le développement de méthodologies de commande pour des systèmes non linéaires hybrides, appliquées à l’actionnement piézoélectrique inertiel en AFM, (iii) le développement de méthodologies de commande pour des systèmes piézoélectriques à actionnement différentiel de type « push-pull », en vue d’applications en AFM haute vitesse, (iv) l’élaboration de stratégies de commande référencée vision pour l’AFM robotique au sein d’un microscope électronique, (v) le développement de méthodes robotiques et de fusion de données pour l’imagerie topographique étendue, et (vi) la mise au point de méthodes d’étalonnage de systèmes robotiques de haute précision fondées sur l’imagerie électronique et la topographie de surface.
Après une analyse des principales techniques de microscopie (optique, électronique et à sonde locale) mettant en évidence leurs complémentarités et leurs limitations intrinsèques, mes travaux proposent de dépasser ces contraintes grâce à des approches robotiques innovantes. Les premières contributions ont porté sur l’intégration d’actionneurs piézoélectriques inertiels de type stick-slip dans des systèmes AFM permettant d’étendre significativement la plage de déplacement tout en conservant une résolution nanométrique. Dans ce cadre, des modèles unifiés multi-échelles ainsi que des lois de commande robustes ont été développés afin d’améliorer les performances en navigation et en imagerie. Par ailleurs, une approche active de mesure de force, fondée sur un rejet de perturbations en boucle fermée, a été étudiée pour optimiser les compromis entre résolution, bande passante et plage de mesure.
Ces travaux ont ensuite évolué vers la conception et la commande de systèmes AFM à haute vitesse reposant sur des structures d’actionnement et de mesure différentielles (push-pull) entièrement piézoélectriques. Ces développements ont permis d’atteindre des vitesses d’imagerie de plusieurs images par seconde avec une résolution nanométrique en utilisant des sondes de mesure auto-capteur (self-sensing). Cela a été permis grâce à des stratégies avancées de commande et de traitement du signal.
Je me suis par ailleurs intéressé à l’automatisation de la microscopie corrélative AFM-in-SEM. Plusieurs algorithmes originaux ont été proposés, incluant l’atterrissage automatique longue portée de la sonde, le guidage visuel robuste basé sur les images SEM, ainsi que la reconstruction d’images topographiques multi-échelles en mosaïque. Ces approches permettent de rendre l’utilisation de ces systèmes complexes de manière plus fiable et accessible, tout en élargissant considérablement leur champ d’application.
Enfin, le développement d’une plateforme robotique AFM à 6 degrés de liberté a permis des avancées significatives en métrologie microscopique et en manipulation in situ. Des méthodes originales d’étalonnage, d’identification et de commande ont été proposées afin de maîtriser avec précision la position, l’orientation et le centre de rotation de d’une sonde AFM micrométrique. Ces contributions ouvrent la voie à des applications avancées telles que la spectroscopie de force et la caractérisation tridimensionnelle d’échantillons micrométriques au sein d’un microscope électronique.
Mes travaux ont été soutenus par plusieurs projets de recherche nationaux et européens. Les contributions en automatique et robotique positionnent les systèmes AFM-in-SEM développés à l’ISIR comme uniques au niveau international. Elles ouvrent de nouvelles perspectives en robotique micro- et nanométrique, en instrumentation scientifique et en microscopie corrélative, avec des applications interdisciplinaires.
Contact : Mokrane Boudaoud, maître de conférences
Publié le 20/03/2026
