Doctorat France-Royaume-Uni : Développement de structures composites imprimées en 3D auto-réparatrices à énergie solaire

Les appareils imprimés en 4D sont des composants fabriqués par fabrication additive dotés de capacités de changement de forme [1]. La technologie est basée sur des composites à mémoire de forme multifonctionnels qui peuvent restaurer leur forme d’origine lors d’une exposition à des stimuli externes tels que la température, l’humidité ou la lumière [2,3]. L’impression 4D a le potentiel de perturber la conception d’appareils intelligents intégrés dans une variété d’applications, telles que les robots logiciels à détection autonome ou les structures de morphing. Cependant, des efforts supplémentaires sont nécessaires pour faire progresser le domaine et développer des structures fiables à auto-assemblage et auto-assemblage. capacités de déploiement et d’auto-réparation pour les applications d’ingénierie.

Le but de ce projet est de développer une structure auto-réparatrice réalisée par fabrication additive. Une approche électro-thermo-mécanique est proposée pour déclencher le changement de forme lors de l’application d’un courant électrique et induire l’effet Joule [4,5]. Cette structure sera imprimée en 3D à l’aide de filaments polymères renforcés. Le choix du matériau sera crucial et constituera une des premières phases de ce travail. Le matériau doit avoir des capacités de mémoire de forme, une bonne conductivité électrique et une capacité supérieure d’absorption des chocs. L’énergie électrique nécessaire au déclenchement du processus de réparation peut être fournie par des panneaux photovoltaïques, c’est-à-dire en utilisant l’énergie solaire. Un ensemble électronique adapté sera développé à cet effet. Des simulations numériques seront réalisées pour optimiser l’architecture du méta-matériau créé. L’influence de cette architecture sur la capacité d’auto-guérison, la conductivité et le comportement mécanique de la structure sera analysée. De plus, la répétabilité du phénomène d’autoréparation sera également étudiée afin de garantir la pérennité de la structure.

Ce projet de recherche aboutira au développement de structures innovantes d’auto-guérison activées par l’énergie solaire. Les résultats obtenus pourraient être utiles dans divers domaines d’ingénierie, où les pièces fabriquées doivent être durables, légères et capables de se réparer elles-mêmes en cas de dommage.

Les références:

[1] Darji, V., Singh, S., Mali, HS, « Caractérisation mécanique des composites polymères fabriqués de manière additive : un examen de l’état de l’art et une portée future. » Composites polymères 1548-0569, 2023, 10.1002.

[2] G. Ehrmann et A. Ehrmann, « Impression 3D de polymères à mémoire de forme », J Appl Polym Sci, vol. 138, non. 34, p. 50847, septembre 2021, doi : 10.1002/app.50847.

[3] Aldawood, FK., « Une revue complète de l’impression 4D : état des lieux, opportunités et défis », Actuators, 2076-0825, 2023,12,3,101.

[4] Roumy, Laurane, et al. “Caractérisation électromécanique et surveillance des dommages par émission acoustique de CB/PLA imprimés en 3D.” Matériaux 17.52024 : 1047, 2024.

[5] Robin, Delbart et al. “Caractérisation multi-échelle de la réponse électrique de l’acide polylactique de noir de carbone imprimé en 3D.” Journal de la science des matériaux 58(32) : 13118-13135, 2023.

Superviseurs :

Francisca Martinez Hergueta, maître de conférences, Université d’Edimbourg (Royaume-Uni) :

francisca.mhergueta@ed.ac.uk

Thuy Quynh Truong Hoang, Ass. Prof., ESTACA (France) :

thuy-quynh.truong-hoang@estaca.fr

Fabienne Touchard, directrice de recherche CNRS, Institut PPRIME, ISAE-ENSMA :

fabienne.touchard@ensma.fr

Durée de la thèse : 3 ans.

Déroulement de la thèse : 2 ans en France (Laval et Poitiers), et 1 an au Royaume-Uni (Édimbourg).