Thèse Encodage de Mémoire et Calcul Mécanique dans des Textiles Tissés à Dynamique Frictionnelle H/F

Ecole normale supérieure - PSL

Établissement : Ecole normale supérieure - PSL
École doctorale : Physique en Ile de France
Laboratoire de recherche : Laboratoire de Physique de l'École normale supérieure
Direction de la thèse : Frédéric LECHENAULT ORCID 0000000164325240
Début de la thèse : 2026-10-01
Date limite de candidature : 2026-05-29T23:59:59

Les matériaux fibreux tissés présentent des comportements mécaniques riches issus de l'interaction entre architecture géométrique et frottements interfibres. Bien que leur structure soit ordonnée à l'échelle du tissage, la mobilisation locale du frottement de Coulomb et les réarrangements plastiques induisent une dynamique non linéaire capable de générer des effets de mémoire mécanique.

Ce projet vise à étudier l'encodage, la lecture et l'exploitation computationnelle de cette mémoire dans des textiles tissés soumis à des cycles de déformation. L'hypothèse centrale est que la plasticité distribuée et l'activation progressive des contacts frictionnels conduisent à la formation d'états métastables, permettant le stockage d'information mécanique sans ajout d'éléments électroniques.

Le travail s'articulera autour de trois axes :
(1) caractérisation expérimentale des mécanismes d'encodage sous sollicitations contrôlées (fatigue, hystérésis, trajectoires de charge complexes) ;
(2) développement de protocoles de décodage mécanique ou électromécanique ;
(3) formalisation du textile comme système de type reservoir computing, où la dynamique interne issue des interactions frictionnelles sert de substrat de calcul.

Des dispositifs expérimentaux permettront un contrôle fin des sollicitations et une mesure haute résolution des réponses globales et locales. Des outils issus de la physique des milieux fibreux et de l'analyse des systèmes non linéaires seront mobilisés pour identifier les signatures dynamiques pertinentes.

L'objectif est de démontrer qu'un textile tissé peut fonctionner comme un matériau calculant, où la mémoire émerge de la dynamique mécanique interne, ouvrant la voie à des matériaux adaptatifs intégrant un traitement d'information embarqué à faible coût énergétique.

Les phénomènes de mémoire mécanique ont été largement étudiés dans les systèmes désordonnés tels que les suspensions colloïdales, les verres mous, les milieux granulaires ou certains polymères. Dans ces systèmes, des sollicitations répétées conduisent à la formation d'états internes dépendant de l'histoire mécanique, modifiant la réponse future du matériau.

Les textiles tissés constituent une classe particulière de matériaux architecturés. Leur structure géométrique est ordonnée à l'échelle du tissage, mais leur réponse mécanique est gouvernée par l'activation locale des contacts frictionnels et par des réarrangements irréversibles à l'échelle des fibres. Cette dynamique frictionnelle induit hystérésis, dissipation et trajectoires dépendantes de l'histoire, suggérant l'existence de mécanismes de mémoire encore peu explorés.

Par ailleurs, le concept de reservoir computing propose d'exploiter la dynamique riche d'un système physique comme substrat de calcul, sans programmation explicite des états internes. Si des implémentations optiques, électroniques ou fluidiques ont été développées, l'exploitation de systèmes mécaniques frictionnels demeure largement ouverte.

Cette thèse se situe à l'interface entre mécanique des milieux fibreux, physique des systèmes non linéaires et calcul matériel émergent.

L'objectif de la thèse est d'identifier, caractériser et exploiter les mécanismes de mémoire mécanique dans des textiles tissés soumis à des sollicitations cycliques.

Plus précisément, il s'agira de :

Comprendre comment la mobilisation progressive des contacts frictionnels interfibres et la plasticité locale conduisent à la formation d'états mécaniques métastables.

Déterminer les protocoles de chargement permettant un encodage contrôlé d'information mécanique.

Développer des méthodes de lecture (mécaniques ou électromécaniques) des états mémorisés.

Formaliser ces textiles comme systèmes dynamiques pouvant être interprétés dans le cadre du reservoir computing mécanique.

L'objectif final est de démontrer qu'un textile tissé peut constituer un substrat matériel de calcul basé sur sa dynamique interne.

Le projet combinera approche expérimentale, modélisation et analyse de données.

Dispositifs expérimentaux :
Développement de bancs mécaniques permettant l'application de cycles de charge contrôlés (amplitude, trajectoire, fréquence) sur des textiles tissés modèles. Mesure des réponses globales (force-déplacement) et locales (imagerie, capteurs embarqués).

Protocoles d'encodage :
Exploration de trajectoires de chargement complexes pour identifier les conditions d'apparition d'états métastables reproductibles.

Analyse dynamique :
Caractérisation de l'hystérésis, des transitions frictionnelles et des signatures de plasticité distribuée.

Formulation computationnelle :
Interprétation du textile comme système dynamique à mémoire courte ou longue. Implémentation de tâches simples de classification ou de prédiction pour tester les capacités de reservoir computing mécanique.