DS0303 - Produits (conception, procédés et matériaux)

Mécanique statistique des métamatériaux géométriques et topologiques – METAMAT

Résumé de soumission

Les procédés industriels deviennent chaque jour plus élaborés, permettant l’accroissement constant de la densité fonctionnelle des produits correspondants. Cependant, les fonctionnalités en question résultent dans la plupart des cas de l’assemblage d’une pléthore de composants de tailles et de natures très différentes, condamnant les objets qui les possèdent à des coûts économiques et écologiques élevés.

Une alternative rafraichissante à ce paradigme consiste à envisager la possibilité de fonctionnaliser les matériaux eux-mêmes, améliorant ainsi considérablement l’efficacité de leur usage. Ces métamatériaux, ou « materials by design », sont en particulier représentés par une classe de systèmes mécaniques, comme les origamis, ou le tricot, dont les propriétés résultent essentiellement de caractéristiques indépendantes du matériau de base, à savoir sa géométrie et sa topologie.

Dans ce projet, je me propose d’établir différents niveaux de compréhension concernant les propriétés émergentes qu’acquière un matériau de base générique, un fil ou une plaque élastique, lorsqu’il est confiné, plié ou tricoté. Je m’appliquerai d’abord à établir les lois de comportement mécaniques de ces métamatériaux dans des situations de chargement génériques, et à relier ces lois à leur microstructure. J’étudierai ensuite le rôle du désordre ou des fluctuations dans cette réponse, lorsque ces caractéristiques sont gelées dans la structure ou évoluent dynamiquement.

Pour mener à bien cette entreprise, j’étudierai expérimentalement et numériquement des situations modèles mettant en œuvre une assemblée de boucles, des réseaux de plis et des structures tricotées. J’élaborerai des modèles robustes de ces systèmes basés sur la géométrie, la topologie, et les concepts de la physique statistique de manière à établir un cadre théorique unificateur servant de guide à une conception fonctionnelle systématique. Enfin, je tirerai parti de cette compréhension pour construire des prototypes des conceptions les plus prometteuses aux échelles micro ou nanométriques.

Au delà de ses ambitions fondamentales, mon projet permet l’identification de règles de conception facilement transférable pour la création de nouveaux matériaux intelligents à différentes échelles, et possède ainsi le potentiel de faire évoluer certains standards industriels.

Coordination du projet

Frederic LECHENAULT (Laboratoire de Physique Statistique, ENS Paris)

L'auteur de ce résumé est le coordinateur du projet, qui est responsable du contenu de ce résumé. L'ANR décline par conséquent toute responsabilité quant à son contenu.

Partenaire

CNRS Laboratoire de Physique Statistique, ENS Paris

Aide de l'ANR 196 560 euros
Début et durée du projet scientifique : septembre 2014 - 36 Mois

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