CE10 - Industrie et usine du futur : Homme, organisation, technologies

matéRiaux compositEs aDaptatifS obtenus par machIne learninG et impressioN 4D – REDeSIGN4D

Résumé de soumission

Le développement de l’industrie du futur s’appuie sur des vecteurs d’innovation comme l’éco-conception, l’ingénierie numérique, l’intelligence artificielle et les nouveaux matériaux obtenus par des procédés innovants. Les synergies créées par l’interaction entre ces technologies sont mal connues et représentent un potentiel de rupture qui est le terreau de REDeSIGN 4D.
Inscrit dans le défi 8 «Domaines transversaux», axe 13 « Industrie et usine du futur : Homme, organisation, technologies », REDeSIGN 4D explore des briques technologiques pour créer de nouvelles structures adaptatives bioinspirées et à impact environnemental maitrisé. Elles seront éco-conçues et produites à partir de ressources renouvelables et locales, combinées à l’usage de procédés innovants d’impression 4D, de fonctionnalisation, de simulation numérique multi-physique et de machine learning. Labellisé par le pôle EMC2, nous avons choisi comme cas d’étude des biocomposites hygromorphes réalisés à partir de fibres de lin, en ciblant des retombées prometteuses dans plusieurs secteurs industriels en demande (bâtiment, défense, énergie…). Un second axe innovant réside dans l’Analyse de Cycle de Vie (ACV) systématique pour évaluer les impacts environnementaux des innovations proposées.
Inspirés des structures biologiques fonctionnelles comme la pomme de pin, les biocomposites hygromorphes sont en rupture avec le paradigme actuel qui consiste à lutter contre les propriétés hygroscopiques des fibres végétales comme le lin plutôt que de chercher à en bénéficier. Ce sont des matériaux architecturés, à la fois capteurs et actionneurs qui changent de forme (actionnement ou morphing) de manière autonome en présence d’un gradient d’humidité. En parallèle, l’avènement de l’impression 4D, extension de l’impression 3D dédiée aux matériaux stimulables, ouvre le champ des possibles en terme d’architecturation des biocomposites hygromorphes.
L’état de l’art met en lumière 4 verrous que REDeSIGN 4D lèvera: 1) la maitrise des relations entre les paramètres du procédé d’impression 4D, 2) la lenteur de la réponse stimulée et 3) la prescription contrôlée des mouvements des biocomposites hygromorphes et enfin 4) la prédictivité de leur comportement multi-échelle et multi-physique. REDeSIGN 4D est découpé en quatre Work-Packages opérationnels (WP1-4) correspondant aux 4 verrous scientifiques et techniques à lever. Le périmètre des compétences est couvert par les trois laboratoires partenaires (IRDL, INRAe BIA et PIMM) tout en s’appuyant sur le recrutement de 3 doctorants et d’un post-doctorant. Les enjeux environnementaux seront évalués tout au long des 48 mois par la mise en place d’une démarche d’ACV, transverse aux WP. Tout d’abord, à l’échelle mesoscopique nous appliquerons des méthodologies d’apprentissage statistique de type réseau de neurones (machine learning) pour comprendre l’effet du procédé sur la capacité de morphing de biocomposites hygromorphes (WP1 mois 0-36). En parallèle, REDeSIGN 4D proposera à l’échelle microscopique une fonctionnalisation originale des fibres de lin pour les rendre électriquement actives, afin de générer des biocomposites fonctionnalisés dont le potentiel d’hygromorphisme sera plus important tout en bénéficiant de surcroit du contrôle du morphing par effet Joule (WP2 mois 0-36). Fort de ces connaissances, en utilisant des processus d’optimisation paramétrique et topologique, REDeSIGN 4D proposera à l’échelle mesoscopique des configurations architecturales d’un pli de biocoposite hygromorphe optimisées permettant un morphing optimal et amplifié (WP3 mois 0-36). La dernière étape (WP4 mois 30-48) fait le lien entre les travaux réalisés dans les WPs 1, 2 et 3, via la réalisation d’une structure dite « preuve de concept » permettant d’amplifier, par des effets de structure, le morphing proposé par le biocomposite hygromorphe préalablement fonctionnalisé. On se situe donc ici à l’échelle la plus grande, assemblage des échelles des WPs précédents.

Coordination du projet

Antoine Le Duigou (Institut de Recherche Dupuy de Lôme)

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

BIA Biopolymères, Interactions Assemblages
PIMM Procédés et Ingénierie en Mécanique et Matériaux
IRDL Institut de Recherche Dupuy de Lôme

Aide de l'ANR 522 973 euros
Début et durée du projet scientifique : mars 2022 - 48 Mois

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