Etude et caractérisation d’un matériau composite avancé (TRC) transformé par procédé de fabrication additive (impression 3D)
Detail de l'annonce :
ETUDE ET CARACTÉRISATION D’UN MATÉRIAU COMPOSITE AVANCÉ (TRC)
TRANSFORMÉ PAR PROCÉDÉ DE FABRICATION ADDITIVE (IMPRESSION 3D)
Réf ABG-102980
Sujet de Thèse
09/02/2022
Contrat doctoral
Ecole Nationale d'Ingénieur de Saint Etienne
Lieu de travail
Saint Etienne - Auvergne-Rhône-Alpes - France
Intitulé du sujet
Etude et caractérisation d’un matériau composite avancé (TRC)
transformé par procédé de fabrication additive (impression 3D)
Champs scientifiques
* Matériaux
* Génie civil, BTP
DESCRIPTION DU SUJET
_CONTEXTE ET ENJEUX SCIENTIFIQUES_
Avec une consommation de 44% de l’énergie finale, le secteur du
bâtiment représente le secteur le plus énergivore en France. Ainsi,
il est considéré comme le plus grand gisement d’économie
d’énergie et de réduction de gaz à effet de serre. Dans cette
conjoncture, différentes solutions peuvent être envisagées
notamment celles qui portent sur l’optimisation de l’enveloppe du
bâtiment. Ceci en développant des technologies innovantes permettant
de satisfaire des exigences en lien avec l’efficacité énergétique
et environnementale, mais aussi des exigences en lien avec les enjeux
propres au bâtiment dans sa réalisation et son exploitation (mise en
oeuvre, durabilité des matériaux, le confort des occupants, la
qualité de l’air intérieur…).
Ces dernières années, le monde de la construction est entré dans
une phase de transformation grâce à l’émergence de nouvelles
technologies innovantes pour le secteur du bâtiment comme le BIM, la
réalité augmentée et l’impression 3D appliquée aux éléments de
structure et aux bâtiments. En raison des avantages apportés, cette
dernière technologie suscite l’intérêt des acteurs (entreprises
et laboratoires de recherche…) du domaine de la construction.
Par ailleurs, l’étude et le recours aux matériaux composites à
base minérale (Textile Reinforced Cement, TRC) est en plein essor
même si de nombreux verrous scientifiques et technologiques entravent
encore une mobilisation optimale de ce composite à impact carbone
comparativement limité par rapport aux matériaux composites à base
polymère (FRP, Fiber Reinforced Polymer).
Ainsi, les travaux de thèse proposés visent à étudier, évaluer
l’intérêt du couplage d’une technologie à fort potentiel
(l’impression 3D) et un composite prometteur (TRC) mais singulier
(fissurant, fortement hétérogène) dans une optique performantielle
vis-à-vis des exigences liées à la réduction de l’empreinte
carbone.
_DESCRIPTION DU TRAVAIL DE THÈSE_
L’objectif de ces travaux de thèse est de formuler des matériaux
composites avancés et actifs en substituant aux matrices polymères
traditionnelles issues de l’industrie pétrolière, des matrices
minérales décarbonnées ou à faible empreinte carbone et plus
sécuritaires vis-à-vis de la tenue au feu en mobilisant des fibres
à impact environnemental limité (basalte, fibres végétales). Leur
transformation fera appel à la valorisation de techniques de
fabrication additive (extrusion par dépôt de couches successives)
permettant de robotiser à la fois les procédures de « placement des
fibres et textiles de renforcement » et les opérations
d’imprégnation et de compactage. La finalité du projet vise à
développer des systèmes constructifs actifs par l’intégration de
capteurs (fibres optiques, thermosondes…) pour répondre aux
objectifs de performances thermomécaniques pour la réhabilitation
des bâtiments et l’innovation dans la construction (pilotage,
asservissement en température, actuateurs pour régime transitoire)
dans un contexte de recherche de gain de productivité.
Le développement de cette production innovante de matériaux
composites du XXIe siècle pour la construction est particulièrement
en rupture avec les procédés de préfabrication traditionnels. Les
objectifs assignés aux travaux de thèse ne pourront être atteints
qu’en levant les verrous suivants :
AU NIVEAU DU MATÉRIAU AVANCÉ : l’interaction « fibre-matrice
minérale » doit être sensiblement améliorée par
l’identification et la sélection de techniques de
pré-imprégnation des filaments (ensimage)
permettant la pénétration à coeur du liant au sein des mèches de
filaments et une meilleure adhérence/adhésion et transfert de charge
textile-géo polymère
La tenue thermomécanique, la durabilité et la fiabilité
(alcali-réaction, mécanisme de fissuration, tenue cycle thermique)
des composites T.R.C. doit être validée pour des conditions
d’environnement proches de celles du génie civil. Pour analyser
finement les mécanismes d’interaction, d’endommagement qui se
développent à différentes échelles (nano-micro-macro), le recours
à des techniques d’analyses avancées (microscope électronique,
tomodensitométrie, émission acoustique, corrélation d’images…)
sont prévues
AU NIVEAU TECHNIQUE DE TRANSFORMATION (FABRICATION ADDITIVE,
ROBOTISATION) : l’efficacité et la fiabilité des procédés de
dépose (extrusion par dépôt de couches successives) de la matrice
minérale décartonnée et/ou à faible impact carbone doivent être
optimisés vis-à-vis du liant, de son temps de prise (pot-life), des
mécanismes d’abrasion, de corrosion…etc.
Le contrôle de la dépose simultanée des renforts textiles, de leur
imprégnation, de leur positionnement devra être pris en
considération pour valider le procédé de fabrication. Il convient
de souligner plus particulièrement qu’un des verrous à considérer
au niveau de la fabrication additive est la conception d’une tête
de mélange et de dépose compatible, d’une part avec les
formulations de géo polymères (Ph, rhéologie, cinétique) et,
d’autre part, avec les techniques de préimprégnation étudiées
précédemment pour les renforts textiles.
Une attention particulière devra être portée à la faculté des
capteurs sélectionnés et insérés de restituer des informations à
la fois fidèles et fiables dans le temps.
PRISE DE FONCTION :
01/04/2022
NATURE DU FINANCEMENT
Contrat doctoral
PRÉCISIONS SUR LE FINANCEMENT
PRÉSENTATION ÉTABLISSEMENT ET LABO D'ACCUEIL
Ecole Nationale d'Ingénieur de Saint Etienne
Le/la doctorant (e) conduira ses travaux au sein du laboratoire LTDS
dans l’équipe « Géomateriaux et Constructions Durables » sur le
site de Saint-Etienne. L’équipe « Géomateriaux et Constructions
Durables » mène des recherches sur les géomateriaux et les ouvrages
de Génie Civil. Elle s’investit dans plusieurs enjeux sociétaux
forts, s’inscrivant dans un cadre de développement durable : la
sécurité des biens et des personnes, l’amélioration des systèmes
d’infrastructure de transport, l’optimisation de l’utilisation
des ressources non renouvelables ou encore, l’amélioration et la
conservation du patrimoine bâti.
SITE WEB :
http://ltds.ec-lyon.fr
PROFIL DU CANDIDAT
Le/la candidat (e) devra être diplômé (école d'ingénieur/master)
en science des matériaux. Un diplôme en génie civil pourra être
accepté sous réserve de disposer de très bonnes
connaissances/compétences dans les matériaux minéraux/céramiques
(rhéologie, formulation, physico-chimie des matériaux de
construction). Avoir travaillé de manière effective et significative
sur des problématiques d'impression 3D du génie civil constituera un
plus. Le/la candidat (e) devra montrer de très grandes dispositions
à assumer des campagnes expérimentales d'ampleur.
Date limite de candidature
30/04/2022