Développement de Matériaux Intelligents par Impression 4D avec des Polymères Biosourcés – DIMIPB

1. Contexte

L’impression 4D est une technologie innovante qui permet de créer des objets capables de changer de forme et de s’adapter à leur environnement, après avoir été imprimés en 3D. Ces objets, qui peuvent se transformer sous l’effet de la chaleur, de l’humidité ou d’autres stimuli, ouvrent de nouvelles perspectives dans des domaines comme la santé, le bâtiment ou les textiles intelligents.

Le sujet de thèse se concentre sur l’utilisation de polymères biosourcés pour développer ces matériaux "intelligents". Contrairement aux polymères traditionnels (souvent issus de ressources fossiles comme le pétrole), les polymères biosourcés sont fabriqués à partir de matières premières renouvelables, comme le maïs, le sucre ou la cellulose. Ils sont donc plus respectueux de l’environnement et biodégradables.

Cependant, avant de pouvoir pleinement utiliser ces matériaux dans l'impression 4D, il est nécessaire de mieux comprendre leur comportement sous différentes conditions. La thèse s'attaque à quatre grands défis scientifiques :

• La viscoélasticité : C’est la manière dont les matériaux se déforment sous une charge (comme une force ou un poids), à la fois de manière élastique (comme un ressort qui revient à sa forme initiale) et visqueuse (comme du caramel qui s'étire lentement). Ce phénomène est important pour comprendre comment un matériau imprimé en 4D va réagir au fil du temps lorsqu'il est exposé à des changements de température ou d'humidité.
• L’endommagement : Les matériaux peuvent se dégrader ou se fissurer avec le temps, surtout s’ils sont constamment déformés. L’objectif est de comprendre comment ces polymères peuvent résister à des cycles répétés de changement de forme sans se détériorer trop rapidement, tout en restant écologiques.
• L’anisotropie : Certains matériaux ont des propriétés mécaniques différentes selon la direction dans laquelle on les sollicite. Par exemple, un tissu se déchire plus facilement dans une direction que dans une autre. Dans cette thèse, il s’agit de mieux exploiter cette propriété pour guider et contrôler les transformations des objets imprimés en 4D, de manière très précise.
• Les effets de l’environnement (humidité et température) : L’humidité et la température jouent un rôle clé dans le comportement de ces matériaux. Par exemple, un polymère biosourcé peut gonfler ou se rétracter sous l’effet de l’humidité, ou se ramollir et se déformer avec la chaleur. Ces changements peuvent être utilisés de façon utile, mais ils peuvent aussi affaiblir les matériaux. Cette thèse vise à mieux prédire et contrôler ces effets pour garantir des transformations fiables et durables.

En combinant ces quatre axes de recherche, cette thèse cherche à créer des matériaux biosourcés qui non seulement respectent l'environnement, mais qui sont aussi capables de s’adapter intelligemment à leur environnement. Cela pourrait ouvrir la voie à de nombreuses applications pratiques : des dispositifs médicaux qui s’ajustent automatiquement au corps humain, des bâtiments capables de s’adapter aux conditions climatiques, ou des vêtements qui réagissent à la température.

2. Objectifs : Les objectifs principaux de cette recherche sont de :

Développer et optimiser des polymères biosourcés pour l’impression 4D, capables de changer de forme en réponse à des stimuli environnementaux.

Étudier les effets de la viscoélasticité, de l’endommagement et de l’anisotropie sur ces matériaux, afin d’assurer des transformations contrôlées et une durabilité accrue.

Proposer des solutions applicables à des domaines variés (biomédecine, textile, architecture), tout en renforçant la durabilité et l'écoresponsabilité des matériaux.

3- Méthodologie et techniques mises en œuvre

La méthodologie de ce projet s’articule autour d’une approche intégrée et pluridisciplinaire, combinant plusieurs étapes clés pour le développement d’impression 4D avec des polymères biosourcés.

• Synthèse et formulation des polymères biosourcés
• Impression 3D et optimisation des procédés
• Caractérisation mécanique et viscoélastique
• Modélisation et simulation
• Validation des concepts et applications pratiques

La recherche, la formation et le transfert de technologie sont les trois missions de l’Université de Technologie de Troyes (UTT). Établissement public créé à Troyes en 1994, l’UTT est un membre de l'Université Européenne de Technologie EUt+. Elle forme plus de 3200 étudiants chaque année, de post-bac à bac+5 et bac+8. Un modèle d’activité scientifique spécifique aux Universités de Technologie qui articule recherche fondamentale, disciplinaire et recherche technologique dans le but de répondre aux grands défis sociétaux. 

La thèse sera réalisée à l'UTT au sein de l’UR LASMIS (Laboratory of Mechanical & Material Engineering). Il profite d’une longue expertise dans le domaine de mécanique de matériaux. L’UR LASMIS est structurée en deux axes de recherche :

 Axe 1 : Matériaux et surfaces

 ‐ Elaboration de nouveaux matériaux et fonctionnalisation des surfaces

 ‐ Développement de nouveaux moyens de caractérisation

 ‐ Performances en service des matériaux et des surfaces

Axe 2 : Modélisations avancées, composants innovants et procédés

 ‐ Modélisation multi‐dimensionnelles, multi‐échelles, multi‐physique

 ‐ Nouvelles méthodes numériques, optimisation des procédés et des performances mécaniques d’un composant

 ‐ Continuité numérique et cycle de vie du composant

Ingénieur ou Master 2, spécialisé(e) en mécanique, en matériaux.

Vous présentez un goût prononcé pour l'expérimentation et la modélisation, et faites preuve de curiosité, d'esprit d'initiative et d’autonomie pour mener à bien ce projet.