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Proposition de thèse à l'ITheMM (Université de Reims Champagne-Ardenne, Charleville-Mézières)

Recrutements

Élaboration par fabrication additive et caractérisation de structures bio-inspirées à base de biocomposites renforcés par des celluloses végétales.

Dans le contexte environnemental actuel, il devient important d’agir pour réduire l’empreinte carbone de chacun et notamment dans la conception des produits. En s’inspirant de la nature, il est possible de récupérer des modèles et des concepts intéressants permettant d’optimiser l’utilisation de matière première et ainsi d’imaginer des matériaux architecturés avec de la matière uniquement où elle est nécessaire ; c’est le principe de « bio-inspiration ». C’est de ce principe qu’est né la notion de structure nid d’abeille par exemple. Nous devons franchir une étape supplémentaire et proposer d’autres structures bio-inspirées pour répondre à différentes sollicitations (flexion, compression, chocs…). Pour cela, le monde végétal est très inspirant avec ses structures élancées et répondant aux sollicitations extrêmes des conditions climatiques. Dans cette optique, ce projet doctoral BiomimFA a pour objectif de sélectionner différents modèles morphologiques issus du monde végétal et de les adapter pour concevoir des structures répondant à différentes applications qui seront ensuite réalisés par fabrication additive. La fabrication additive est le bon allié de la bio-inspiration puisqu’elle permet la réalisation de structures complexes en ajoutant couche par couche de la matière et ainsi réduire la quantité de matière utilisée, contrairement aux procédés plus classiques (usinage, injection plastique, fonderie, etc).
Une brique technologique supplémentaire vers la réduction de l’empreinte carbone sera envisagée dans ce projet avec l’utilisation de biocomposites permettant de réaliser des matériaux biodégradables et recyclables, optimisant aussi la fin de vie des structures réalisées. Les matières premières utilisées dans ce projet seront des matrices polymères biosourcées et biodégradables (polyacide lactique, polyhydroxyalcanoate et polybutylène succinate) renforcées par des fibres végétales (chanvre, lin ou typha). La formulation de nos matériaux permettra d’étudier différents aspects comme l’influence de la matrice polymère, de la nature des renforts, de la taille du renfort ou du taux de renfort.
Le cheminement expérimental consistera à la recherche de modèles morphologiques végétaux, en extraire les concepts et des structures intéressant, reproduire cela en conception assistée par ordinateur (CAO) puis réaliser les structures par fabrication à partir de biocomposites biodégradables et recyclables.
Ces matériaux et ces structures seront caractérisées afin de déterminer les propriétés mécaniques, les propriétés thermiques, les propriétés rhéologiques et les propriétés structurales. Par la suite, des simulations numériques seront effectuées pour optimiser la forme des structures et ainsi réduire la quantité de matière nécessaire pour la réalisation par fabrication additive.
Les applications visées à termes peuvent être diverses et variées : automobile, aéronautique, bâtiment, construction navale, santé…

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