Intégrer des matériaux intelligents à des objets pour qu’ils puissent se transformer en fonction de l’environnement et des conditions qui les entourent, tel est l’objectif de l’impression 4D, une rupture de technologie qui n’a pas fini de faire parler d’elle. Des chercheurs américains et français sont venus à l’UTBM à la rencontre de Frédéric Demoly et de son équipe, dont la spécialité en conception mécanique est déclinée pour les besoins de l’impression 4D.
Voilà tout juste 35 ans que le concept de l’impression 3D est né, et déjà on parle de 4D ! Une dimension supplémentaire, et une nouvelle révolution ! S’il s’agit toujours de fabriquer un objet en polymère, en métal ou en céramique couche par couche sous l’influence de lasers, l’option 4D signifie que cet objet sera aussi composé de matériaux intelligents : des matériaux dotés de la capacité de se transformer sous l’influence de stimuli comme la lumière ou la température, et de permettre ainsi à l’objet de changer de forme ou de propriétés. Ces transformations s’obtiennent donc sans aucune intervention extérieure, et sont à même de se répéter et de durer dans le temps. Cette prouesse, seule la science-fiction avait osé l’imaginer. Mais la créativité n’est pas l’apanage des auteurs de films et de bandes dessinées du genre, elle est aussi inscrite dans l’ADN des inventeurs, scientifiques, ingénieurs et techniciens. Et la science-fiction est en passe de devenir réalité… Des matériaux intelligents sont déjà produits par fabrication additive, comme ces formes d’algues réalisées à base d’hydrogels, qui s’animent dès lors qu’elles sont plongées dans l’eau. L’étape à franchir désormais est de réussir à intégrer ces matériaux intelligents dans les objets à qui ils seront chargés de « donner vie ». Il est pour cela nécessaire d’intervenir au niveau de la conception de l’objet lui-même, de la considérer de façon complètement différente. Une réflexion et une recherche pionnières menées par Frédéric Demoly, Maître de Conférences – HDR en conception mécanique à l’UTBM, et par son équipe au sein du Laboratoire Interdisciplinaire Carnot de Bourgogne (ICB UMR 6303 CNRS), Département Conception Optimisation Modélisation Mécanique (COMM), l’une des seules au monde à travailler sur ces aspects de conception totalement novateurs.
Sessions de travail franco-américaines à l’UTBM
Ces travaux suscitent l’intérêt de chercheurs travaillant eux aussi au développement de l’impression 4D. L’un des plus éminents d’entre eux a passé le mois de juin dernier à l’UTBM en qualité de professeur invité. Professeur à Georgia Institute of Technology à Atlanta (GA, USA), Jerry Qi est mondialement connu pour ses travaux en mécanique des polymères appliquée à l’impression 4D. Son séjour lui a donné l’opportunité de mieux appréhender la démarche menée par les chercheurs comtois. D’autres sommités du domaine venant de l’université de Denver au Colorado et, plus proche de nous, de l’université de Nancy, l’ont rejoint pour des journées de travail en commun. L’UTBM peut se réjouir notamment de la participation à ces séances de Jean-Claude André, qui n’est autre que l’inventeur de l’impression 3D. « Des partenariats sont établis avec ces universités et des relations de confiance s’instaurent peu à peu entre chercheurs, avec une même volonté : bâtir un consortium autour de la question de l’impression 4D pour monter des projets de grande envergure, nos compétences étant réellement complémentaires », raconte Frédéric Demoly, qui devrait à son tour prochainement se rendre à Atlanta et à Denver. Des collaborations essentielles, car le sujet requiert l’expertise conjointe de spécialistes en fabrication additive, ingénierie de conception, matériaux intelligents, modélisation et optimisation mécanique… Depuis la visite de Jerry Qi, trois publications scientifiques signées Georgia Institute of Technology et ICB sont parues dans des revues internationales. Des avancées très satisfaisantes et de bon augure pour le développement de l’impression 4D.
De la science-fiction à la réalité
Ils n’auront rien à envier aux Transformers des séries de science-fiction : les objets que fera naître l’impression 4D promettent d’être époustouflants : les chercheurs n’hésitent pas à parler de véhicules ou de drones devenant amphibies au contact de l’eau, de voitures évoluant du format break à celui de citadine, de fauteuils roulants passant d’une configuration assise à une position debout pour gravir un escalier, de prothèses s’adaptant à la morphologie des personnes, de robots se reprogrammant en fonction des pièces qu’ils auront à saisir sur une chaîne de fabrication… « L’objectif est de concevoir des objets dotés de plusieurs scénarios d’utilisation et d’une durée de vie plus longue », explique Frédéric Demoly. Une démarche dont la priorité est de se mettre au service de l’humain.
Crédits
Un article de : Catherine TonduCrédits photos : UTBM / DR