Etude du comportement hygroscopique du bois et systèmes polymériques inspirés du bois par modélisation numérique et caractérisations avancées – INTOS2

Les matériaux naturels sont omniprésents dans notre environnement quotidien, où ils sont exposés à des charges environnementales telles que les variations de température et d'humidité relative. En particulier, les matériaux à base de cellulose, d'origine végétale, ont été utilisés de manière traditionnelle et omniprésente et sont particulièrement attractifs de nos jours car ils offrent des solutions durables et peuvent être une source d'inspiration pour la conception biomimétique de nouveaux matériaux. Le bois, un biomatériau cellulaire orthotrope, a la capacité d'adsorber les molécules d'eau du milieu environnant dans sa structure matérielle hiérarchique. Ce matériau présente des propriétés remarquables combinant faible poids, haute résistance et haute ténacité, issues de cette organisation hiérarchique des polymères cristallins et amorphes.
Le but de ce projet est de comprendre le comportement hygromécanique de matériaux sensibles à l'humidité tels que les matériaux à base de cellulose. Nous utilisons le bois comme modèle naturel de base et synthétisons différents assemblages de polymères du bois, afin de quantifier l'impact physique des conditions microclimatiques. Nous sondons systématiquement les systèmes, en combinant la caractérisation expérimentale et la modélisation atomistique, et l’analyse de la correspondance des échelles étudiées expérimentalement et in silico
Plus précisément, les objectifs sont les suivants:
1. Développer une description et une compréhension pleinement intégrées du rôle de l'humidité sur la couche de paroi cellulaire S2 du bois et des assemblages de polymères lignocellulosiques.
2. Identifier le rôle de la configuration du polymère sur le comportement hydromécanique, en examinant les polymères en masse et en couche mince, purs ou composites, mélangés ou stratifiés, et le matériau naturel, c'est-à-dire la couche S2 de la paroi cellulaire.
3. Mettre au point un cadre méthodologique robuste pour la validation des investigations MD avec les résultats des caractérisations expérimentales avancées, pour les composants et les composites.
4. Développer des lois de comportement hygromécanique des composants et des composites permettant de définir un cadre méthodologique pour la conception de matériaux bio-inspirés.
En combinant des recherches in vitro et in silico, le projet permettra de mieux comprendre les effets de l'eau sur chaque polymère et sur les interactions entre les polysaccharides et la lignine. L’étude des systèmes synthétiques dérivés du bois contribuera à une meilleure compréhension du comportement hygromécanique de la paroi cellulaire. Une telle étude paramétrique permettra de construire un espace de phase du comportement hygromécanique des polymères lignocellulosiques, en appui à la conception de matériaux.