Thèse Powerful - Modélisation et Optimisation Multi-Domaine par Approche Formelle Devs de Micro-Onduleurs Solaires Open-Source pour l'Accès à l'Énergie et la Souveraineté Énergétique H/F - Doctorat.Gouv.Fr

Établissement : Université de Toulouse École doctorale : GEETS - Génie Electrique Electronique,Télécommunications et Santé : du système au nanosystème Laboratoire de recherche : LAAS - Laboratoire d'Analyse et d'Architecture des Systèmes Direction de la thèse : Luiz Fernando LAVADO VILLA ORCID 0000000271575106 Début de la thèse : 2027-09-01 Date limite de candidature : 2026-11-23T23:59:59 L'accès à l'énergie dans les pays du Sud et la souveraineté énergétique dans les pays du Nord peuvent être promus par un même dispositif technique : des micro-onduleurs solaires open-source, à bas coût et basse puissance. Ces micro-onduleurs doivent respecter les codes de réseau (grid codes), qui varient d'un pays à l'autre, tout en restant compatibles avec les réalités industrielles des fabricants d'électronique de puissance (contraintes de fabrication, coût, disponibilité des composants).

Ce projet de thèse propose une approche multi-disciplinaire innovante pour modéliser et concevoir ces micro-onduleurs en tenant compte simultanément de l'impact des grid codes, des contraintes industrielles et de la réparabilité, à la fois côté actif et côté passif de l'électronique de puissance.

Côté actif, le projet étudiera l'usage de composants silicium, carbure de silicium (SiC) et nitrure de gallium (GaN), du point de vue de la conception et de la réparabilité. Côté passif, il portera sur la conception de filtres de connexion réseau capables de respecter différents grid codes.

La dimension contrôle-commande sera centrale pour créer des degrés de liberté et assurer la stabilité, en particulier pour l'amortissement (damping) actif des filtres selon les applications et les impédances réseau locales.

La principale rupture méthodologique du projet réside dans l'usage d'une approche formelle de modélisation et de simulation (formalisme DEVS), dont le LAAS-CNRS fait des grandes contributions, permettant de construire un simulateur capable d'encapsuler la complexité de l'optimisation conjointe des contraintes normatives (grid codes), productives (industrielles/coût) et de réparabilité.

L'usage de grands modèles de langage (LLM) pour assister la génération de ces modèles sera exploré
comme un outil complémentaire, dans le cadre d'une collaboration existante entre le LAAS-CNRS et le LISIC de l'Université du Littoral Côte d'Opale.

La plateforme open-source OwnTech, développée à Toulouse, servira de support expérimental et de validation matérielle, en lien avec une co-direction internationale à l'Universidad Nacional de Rosario
(Argentine). A major transition path toward decentralized renewable energy generation relies on the proliferation of affordable, reliable solar grid-connected micro-inverters [1], [8].

Open-source initiatives, such as the OwnTech Foundation's micro-inverter, aim to provide a solid platform for democratizing this technology [4], both to accelerate energy access in the Global South [1] and to strengthen energy sovereignty in the Global North [2], [3].

However, low-power, low-cost grid-connected systems face two combined constraints that are rarely modeled together in the literature:

(i) grid codes, which impose stringent and heterogeneous power-quality and EMC requirements that vary from one country to another [5], [6], and

(ii) the industrial realities of power electronics companies, which impose strict cost, component-availability, and manufacturability constraints [7].

Existing research treats active-component selection (Si/SiC/GaN) [10], passive filter design [8], [11], [12], [13], control/damping strategies [9], design-for-manufacturing constraints [7], and repairability [16] as largely isolated domains, and does not address how grid-code variability across countries [5], [6] should shape the whole design chain.

A promising research gap therefore exists in developing an integrated, automated, multi-domain modeling approach - building on the group's own prior work on sustainable power electronics design [7] - combining physical, control, normative, and industrial layers - capable of generating grid-code-aware, repairable, low-cost micro-inverter designs.

This proposal is in direct continuation of Aya Attia's PhD (co-supervised with Clément Foucher), which already proved that Parallel DEVS combined with formal graph-transformation rules can auto-derive rigorous, executable simulators for structurally-evolving power systems straight from abstract specifications, closing the gap between mathematical models and running code that most of the power-electronics community still bridges by hand, one ad-hoc script at a time.

We push this one step further: instead of a single simulator regenerated by hand-written graph-transformation rules, this project builds a formal, DEVS-based simulator architecture (POWERFUL) able to encapsulate - and jointly optimize - the coupled complexity of the micro-inverter's physical behavior (active devices, passive filter, control/damping) together with its normative (grid-code) and productive (industrial/cost/component-availability) constraints.

Aya Attia's thesis is the existence proof that DEVS-based simulators can be automatically and faithfully generated from structural specifications; this proposal extends that formal approach to a genuinely multi-domain optimization problem, with the open-source micro-inverter as its first hard, real-world test case. The use of Large Language Models to assist the generation and coupling of these domain-specific models will be explored as a complementary tool, within an existing collaboration between LAAS-CNRS and LISIC (Université du Littoral Côte d'Opale).

This work also directly builds on the existing OwnTech open-source micro-inverter (github.com/owntech-foundation/micro-inverter), which is itself the concrete result of an ongoing collaboration between the French team and Universidad de Rosario: the Argentinian team has already contributed to the design of the current grid-connection filter and transformer used on this hardware platform.

The proposed co-supervision is therefore not a new pairing built for this call, but the natural continuation of a proven, productive partnership that has already produced shared, working hardware.




1-Develop a unified, formal (DEVS-based) multi-domain modeling framework (physics +
grid-code compliance + component availability), and explore LLM-assisted generation
of its domain-specific models as a complementary tool.
2-Study Si/SiC/GaN active-side design trade-offs for cost, performance, and repairability.
3-Design grid-connection passive filters that comply with multiple, heterogeneous grid codes.
4-Develop control strategies (active damping) ensuring stability across varying
local grid impedances.
5-Validate the approach on the OwnTech open-source micro-inverter hardware platform both in laboratory and on the field.
The methodology combines four interdependent axes, each attached to the expertise different supervisor.

(1) Active-side design and grid code expertise (Luiz Villa): comparative study of open-source power converter design [16] using silicon, SiC, and GaN components regarding cost, efficiency, and repairability [7] in low-power micro-inverter architectures.

(2) Passive-side (Andres Vazquez Sieber) and control co-design (Hernán Haimovich): development of grid-connection filters (e.g., LCL-type) whose sizing and active-damping control are co-optimized to remain compliant across multiple grid codes (French and Argentinian at first) and to remain stable under varying local grid impedances [9] complemented by PCB-level parasitic and EMI mitigation at the bare-board level [11], [12], [13].

(3) Formal multi-domain modeling (Clement Foucher) : development of a DEVS-based simulator architecture [14], [15] able to encapsulate and jointly optimize physical behavior, control laws, normative/grid-code constraints, and component availability.

LLM-assisted model generation, explored as a complementary tool within an existing Toulouse-LISIC (Université du Littoral Côte d'Opale, Éric Ramat) collaboration, to
assist the automatic generation and coupling of the domain-specific models built in

Throughout the thesis, the PhD student will use the open-source micro-inverter platform as the reference study case for hardware testbed for iterative prototyping and validation. The same micro-inverter is currently available for testing both in Toulouse and in Rosario.

Diplôme de Master (ou équivalent) en génie électrique, électronique de puissance ou automatique.
Bonnes bases en électronique de puissance (convertisseurs, filtres) et/ou en automatique/contrôle-commande.

Une sensibilité ou un intérêt pour l'intelligence artificielle (LLM) et la théorie de la modélisation et de la simulation (M&S, Ziegler, DEVS) est un point essentiel.

Goût pour le travail expérimental sur plateformes matérielles open-source.

Autonomie, capacité à travailler en équipe internationale, et mobilité vers l'Argentine (Universidad de Rosario) requise dans le cadre du programme BEST.

Respect de la règle de mobilité MSCA (ne pas avoir résidé, travaillé ou étudié en France plus de 12 mois au cours des 36 mois précédant la candidature).

Application link: https://edd-projets.utoulouse.fr/