Détail du poste
Établissement : Université de Tours École doctorale : Santé, Sciences Biologiques et Chimie du Vivant - SSBCV Laboratoire de recherche : Institut de Recherche sur la Biologie de l'Insecte Direction de la thèse : Vinod Kumar SARANATHAN ORCID 0000000340585093 Début de la thèse : 2026-10-01 Date limite de candidature : 2026-06-17T23:59:59 La nature a évolué pour produire une diversité étonnante d'architectures poreuses optimisées qui interviennent simultanément dans la coloration, la transparence, la thermorégulation, l'hydrophobicité - mais les mécanismes régissant leur formation commencent tout juste à être compris. Les écailles d'ailes de papillon en sont un exemple paradigmatique : grandes cellules structurées hiérarchiquement (couche par couche) et conçues pour fonctionner après une mort programmée, et offrant le potentiel d'inspirer des approches biomimétiques pour la création de matériaux multifonctionnels à ces échelles (submicroniques) particulièrement exigeantes. Ce projet entreprendra une modélisation multi-échelle, résolue dans le temps, des changements topologiques observés au cours du développement des ailes de papillon, et caractérisera in silico l'espace des phases morphologiques des interfaces biologiques et biomimétiques réalisables, en vue d'applications potentielles allant du photovoltaïque/photonique à l'électronique flexible et l'actionneur souples. Avec l'accélération inexorable du changement climatique mondial et dans le contexte des objectifs de développement durable (ODD) inscrits dans FRANCE 2030, nous avons un besoin écologique urgent de techniques de fabrication durables et de matériaux renouvelables pour produire des interfaces fonctionnelles évolutives (grande surface) afin de réduire notre empreinte carbone mondiale et de parvenir à une économie circulaire.
La nature a évolué pour produire une diversité étonnante d'architectures poreuses optimisées qui remplissent simultanément diverses fonctions (par exemple, coloration, transparence, thermorégulation, hydrophobicité) grâce à l'auto-assemblage et à des processus induisant des déformations mécaniques. Cependant, l'utilisation de matériaux d'origine biologique ou biosimilaires dans l'ingénierie reste limitée et souvent centrée sur un aspect biologique superficiel, peut-être parce que nous ne savons pas grand-chose sur la manière dont les matériaux s'organisent ou sur la manière dont ils acquièrent leurs propriétés fonctionnelles. Nous devons combler cette lacune dans nos connaissances afin de développer de manière biomimétique la technologie permettant de les fabriquer à partir de matériaux biodégradables ou de les adapter pour les métamatériaux.
Les écailles des ailes de papillon en sont un exemple paradigmatique : il s'agit de grandes cellules organisées de manière hiérarchique (couche par couche) et conçues pour fonctionner selon un processus de mort cellulaire programmée. Si les physiciens et les ingénieurs s'intéressent de plus en plus à elles afin d'exploiter leur potentiel pour inspirer des approches biomimétiques dans la conception et la synthèse de matériaux multifonctionnels à ces échelles méso et nano difficiles à appréhender, on en sait très peu sur leur développement biologique menant à la formation de l'ultrastructure finale. Les objectifs scientifiques s'articulent autour de trois axes complémentaires :
(1) étendre notre modèle actuel de la mécanique macroscopique des crêtes, afin de rendre compte de la pleine diversité et de la richesse biologique exhaustive des écailles des ailes de papillon
(2) modéliser de manière itérative le comportement de phase des interfaces dans les métamatériaux biologiques et biomimétiques, ouvrant la voie au développement d'architectures plus riches et tolérantes aux défauts.
(3) réalisation expérimentale à l'échelle macroscopique d'un sous-ensemble de morphologies en utilisant des matériaux synthétiques, à titre de preuve de concept et pour valider les modèles. Ce projet entreprendra une modélisation complète, multi-échelle et résolue dans le temps, sans précédent, des changements topologiques observés au cours du développement des nanostructures des ailes de papillon. Une telle image complète de la manière dont la nature crée hiérarchiquement des ultrastructures avec des motifs à l'échelle nano et micro fournirait une diversité de modèles biomimétiques possibles à étudier de manière itérative in silico. Par exemple, nous pouvons caractériser l'espace de phase topologique des interfaces biomimétiques réalisées avec des propriétés métamatérielles, pour des applications potentielles allant du photovoltaïque à la photonique en passant par l'électronique flexible et les actionneurs souples.
Donc les travaux du doctorant ou de la doctorante comprendront des analyses théoriques (l'UA) et numériques (l'IRBI et l'UA) utilisant une modélisation informatique à haute résolution (par exemple, en utilisant des clusters HPC tels que CaSciModOT), des interactions étroites avec d'autres personnels de laboratoire impliqués dans la compréhension du développement à l'écailles des insecte à l'IRBI, et enfin la réalisation expérimentale à l'échelle macroscopique d'un sous-ensemble de morphologies en utilisant des matériaux synthétiques (PMMH).
Le profil recherché
Publiée le 28/05/2026 - Réf : 15b8701988bc815210a130e56ad4a710
