Thèse Hybrid Manufacturing Of Morphing Architected Biocomposites H/F Doctorat.Gouv.Fr

Établissement : Université Bretagne Sud École doctorale : École doctorale Sciences pour l'Ingénieur Laboratoire de recherche : Institut de Recherche Dupuy de Lôme Direction de la thèse : Antoine LE DUIGOU Date limite de candidature : 2026-11-01T00:00:00 Les travaux menés dans le cadre de la thèse HYMARC , intégrée au projet HORUS4D , visent à développer des biocomposites hygromorphes architecturés (HBC) par impression 4D, grâce à l'hybridation des procédés de fabrication additive par dépôt de filament fondu ( FFF ) et de placement de fibres automatisé ( AFP ). La thèse HYMARC a pour ambition de franchir un nouveau verrou scientifique et technologique en transférant les connaissances acquises sur l'impression 4D des biocomposites hygromorphes vers des structures de dimensions supérieures, tout en exploitant les complémentarités offertes par les procédés AFP et FFF. L'hybridation de ces technologies de fabrication permettra d'accéder à de nouvelles architectures multi-échelles, de mieux maîtriser les mécanismes de morphing et d'enrichir les fonctionnalités des structures développées, en vue d'applications à forte valeur ajoutée pour le secteur de la défense.
Les travaux de recherche auront lieu à l'IRDL au sein de l'équipe BIONICS (www.bionics-group.com).

L'équipe jouie d'une forte expérience de l'impression 4D de matériaux composites depuis plus de 10 ans et dispose de toute la chaine de valeur incluant : Langage de programmation paramétrique des imprimantes/robot, imprimantes mise au point spécifiquement pour les matériaux composites à hautes performances, un accès privilégié aux robots de placement de fibre robotisé que cela soit au sein de la plateforme technologique de l'UBS (compositic) ou via le laboratoire commun avec Coriolis Composites (www.compomorph.com). Les outils de caractérisation et de simulation multiphysique sont aussi disponibles.

Le projet Franco-Anglais HORUS4D veut faire progresser l'impression 4D pour la défense en répondant aux défis persistants liés matériaux stimulables : leurs performances, leur contrôle et les méthodes de conception. Les solutions de défense actuelles sont limitées par des géométries fixes, une adaptabilité minimale et des contraintes logistiques importantes, ce qui restreint leur efficacité opérationnelle. Les travaux menés dans le cadre de la thèse HYMARC , intégrée au projet HORUS4D , visent à développer des biocomposites hygromorphes architecturés (HBC) par impression 4D, grâce à l'hybridation des procédés de fabrication additive par dépôt de filament fondu ( FFF ) et de placement de fibres automatisé ( AFP ). Développés à l'IRDL au sein de l'équipe BIONICS depuis 2013, ces matériaux bio-inspirés s'appuient sur l'observation de mécanismes et d'architectures présents dans le vivant, notamment chez certaines plantes telles que la pomme de pin. Ils intègrent des fibres végétales dont les propriétés hygroscopiques sont exploitées pour générer des changements de forme en réponse aux variations d'humidité. La sensibilité intrinsèque de ces biocomposites à leur environnement est ainsi transformée en source de mouvement, ouvrant la voie à la conception de structures adaptatives, reconfigurables et autonomes.
Cette capacité de morphing passif, ne nécessitant aucun apport énergétique externe, représente un atout majeur pour de nombreuses applications en environnements contraints ou sévères, notamment dans le domaine de la défense. L'amplitude, la direction et la cinématique des mouvements peuvent être contrôlées par l'architecturation du matériau, c'est-à-dire par l'organisation spatiale des renforts et des constituants dans le plan et dans l'épaisseur. Les procédés AFP et FFF offrant des degrés de liberté architecturaux complémentaires, leur combinaison permet d'envisager des comportements de morphing plus complexes et des fonctionnalités élargies par rapport à l'utilisation d'un procédé unique. À ce jour, les travaux réalisés ont principalement été menés à l'échelle laboratoire sur des démonstrateurs de dimensions limitées (de l'ordre de 20 × 20 cm) et reposaient exclusivement sur l'impression 3D. Cette limitation constitue un frein au transfert industriel de ces technologies et à leur déploiement dans des applications à plus grande échelle. Dans ce contexte, la thèse HYMARC a pour ambition de franchir un nouveau verrou scientifique et technologique en transférant les connaissances acquises sur l'impression 4D des biocomposites hygromorphes vers des structures de dimensions supérieures, tout en exploitant les complémentarités offertes par les procédés AFP et FFF. L'hybridation de ces technologies de fabrication permettra d'accéder à de nouvelles architectures multi-échelles, de mieux maîtriser les mécanismes de morphing et d'enrichir les fonctionnalités des structures développées, en vue d'applications à forte valeur ajoutée pour le secteur de la défense. Descriptif du sujet de thèse Bibliographie Cette première phase visera à étudier les travaux existants sur les mécanismes d'hygromorphisme, d'impression 4D et des outils de fabrication additive (FFF et AFP). Production du filament à la tape de biocomposites à renforts continus Cette deuxième phase visera à développer une nouvelle génération des filaments/tapes de biocomposites compatibles avec l'hybridation des procédés de FFF et d'AFP. Fabrication des échantillons par FFF, AFP et hybridation Les semi-produits réalisés seront mis en oeuvre en utilisant les deux procédés de fabrication additive disponibles au laboratoire (AFP et FFF) afin de réaliser des éprouvettes technologiques représentatives qui seront caractérisées par la suite. Caractérisation des propriétés hygro-mécaniques résultantes en fonction des procédés Les matériaux élaborés par FFF, AFP et AFP/FFF (hybride) feront l'objet d'une campagne expérimentale visant à caractériser leurs propriétés hygro-mécaniques ainsi que leur comportement de morphing sous différentes sollicitations environnementales. Proposition de preuve de concept Des démonstrateurs de biocomposites hygromorphes à fibres continues seront développés par hybridation des procédés AFP et impression 3D en relation avec les spécifications données par les donneurs du projet HORUS4D. Les structures seront fabriquées à l'échelle laboratoire, avec des dimensions pouvant atteindre plus d'un mètre.