Accelerated Design of Architectured Materials

Avec une demande forte de matériaux multifonctionnels aux propriétés optimisées, la conception de matériaux par modulation de leur physico-chimie et nanostructure rencontre des limites. Une approche complémentaire utilise une échelle supérieure, la « mésostructure », dont l'architecture est contrôlée par optimisation géométrique et/ou hybridation. Cette stratégie nécessite l’optimisation des procédés de mise en forme comme les technologies de fabrication additive. Le projet ADAM (Accelerated Design of Architectured Materials) structuré en trois workpackages (WP), souhaite emprunter cette voie pour découvrir de nouveaux matériaux en s’aidant de la science des données et de l'IA.

Le WP1 vise en la mise en place de moyens expérimentaux pour élaborer par fabrication additive des structures architecturées 3D ou 4D et caractériser leurs géométries et propriétés. Un accent fort est mis sur la caractérisation par imagerie 3D in situ des procédés et propriétés par microtomographie à rayons X. Cette année, nous avons travaillé sur la conception de ces équipements pour lancer leur fabrication et/ou leur achat : réplicateurs de fabrication additive polymère et métallique, traction-torsion automatisée sur éprouvettes imprimées, hexapode pour sollicitations multi-axées d’architectures.

Le WP2 porte sur la mise en place d’un ensemble de travaux pour déployer l’IA dans les démarches expérimentales de caractérisation et de simulations numériques pour optimiser procédés, architectures, et propriétés des matériaux architecturés. Les travaux menés cette année ont porté sur la spécification des algorithmes et des outils associés.

La méthodologie d’ADAM est illustrée par les trois démonstrateurs du WP3 : architectures métalliques cellulaires pour (i) échangeurs thermiques à transferts radiatifs et conductifs optimisés, (ii) matériaux de structures pour le transport à propriétés élastoplastiques spécifiques optimisées, (iii) architectures hygromorphes et biosourcées pour structures déployables ou âmes de structures sandwich. Cette année s’est focalisée ce démonstrateur et sur la caractérisation des mécanismes induisant l’hygromorphisme, i.e., le séchage d’hydrogels (d’amidon ou de nanocellulose) imprimés sur substrats fibreux ligno-cellulosiques.