DS03 - Stimuler le renouveau industriel

Matériaux architecturés conçus par homogénéisation d’ordre supérieur – ArchiMatHOS

Résumé de soumission

L’émergence de la fabrication additive et de l’optimisation topologique a fait apparaitre un nouveau paradigme de conception des matériaux : "material by design", dans lequel l’organisation de la matière joue un rôle central. On parle alors de matériaux architecturés car les propriétés apparentes ne sont plus seulement issues du matériau constitutif mais surtout de la présence d’une microstructure régulière. Ces matériaux sont l’objet d’un intérêt scientifique considérable car ils permettent de concevoir des matériaux qui n’existent pas dans la nature : des méta-matériaux.
Les méthodes de changement d’échelle ou d’homogénéisation se situent au cœur de cette thématique scientifique car elles sont la clef pour caractériser le comportement apparent des matériaux architecturés. En particulier, il a été démontré mathématiquement qu’il existe une très grande variété de comportements non-classiques obtenus par un simple mélange de matériaux constitutifs. Ce résultat théorique ne permet pas pour autant de construire les microstructures correspondantes.
L’objectif global de ce projet est d’explorer la grande variété des comportements élastiques non-classiques afin d’identifier et de générer de nouveaux matériaux architecturés aux performances mécaniques exceptionnelles : variation de volume très importante, résistance au choc, grande capacité d’absorption d’énergie ou de mise en forme. Les retombées technologiques à long terme concernent les matériaux architecturés mais aussi les matériaux « intelligents » couplant différents phénomènes physiques et pouvant être pilotés par une énergie d’actuation.
Pour mener cette exploration, un verrou scientifique initial à lever est l’élaboration de schémas d’homogénéisation d’ordre supérieur qui s’appliquent à des microstructures périodiques tout d’abord en petites perturbations puis en grandes déformations. Le second verrou scientifique est l’élaboration d’une procédure d’optimisation topologique pour générer de nouvelles microstructures aux propriétés non-classiques sur la base des schémas d’homogénéisation obtenus. Un soin particulier sera apporté pour que les hypothèses mathématiques effectuées pour mener les développements théoriques mènent à des matériaux effectivement fabricables et testables.

Coordinateur du projet

Monsieur Arthur Lebée (Laboratoire Navier)

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

LNCC Laboratório Nacional de Computação Científica
IECL Institut Elie Cartan de Lorraine
MSME Modélisation et simulation multi-échelle
LEM3 Laboratoire d'études de microstructure, mécanique et matériaux
Navier Laboratoire Navier
IMATH - INSTITUT DE MATHEMATIQUES DE TOULON - EA 2134

Aide de l'ANR 530 474 euros
Début et durée du projet scientifique : - 48 Mois

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