La conception des métamatériaux ou matériaux architecturés est facilitée par la grande liberté de forme procurée par les moyens modernes de production de matériaux, et notamment l’impression 3D des polymères. Cette liberté permet notamment d’imaginer des formes complexes ayant été conçues pour obtenir des caractéristiques spécifiques, ce qui ouvre la voie à des matériaux créés sur mesure pour une application donnée. Des difficultés importantes se trouvent dans le caractère viscoplastique des matériaux polymères, leur forte sensibilité à la température ambiante, et l’anisotropie potentiellement induite par le procédé d’impression 3D lui-même. Pour la fabrication des éprouvettes, le LSPM dispose de 4 imprimantes 3D et du matériel de post-traitement. Une technique d’extrusion de filaments est également en cours de développement.

Parmi les formes possibles imprimables en 3D, les structures pantographiques, qui ont déjà fait l’objet d’études aux LSPM, ont des propriétés remarquables. Un premier thème de recherche sera le développement de géométries retardant l’apparition de la rupture fragile du matériau. Les approximations rigoureuses du type continuum en déformations finies développées pour tenir compte des sous-structures « locales » et « non locales » nécessiteront le développement de nouvelles approches analytiques et numériques. Dans un autre thème de recherche on va étudier comment agir sur le matériau avant même le processus d’impression 3D pour lui adjoindre des renforts, par exemple sous la forme de poudres métalliques à insérer dans le polymère au moment de l’extrusion des bobines de fil à imprimer en 3D, ce qui peut donner au matériau obtenu des propriétés magnétiques intéressantes (fabrication d’aimants).

Rupture des matériaux architecturés

Un modèle d’homogénéisation permettant de décrire le comportement de matériaux à microstructure périodique a été développé. L’influence du second gradient a été incorporée dans l’établissement des lois de comportement des matériaux architecturés. L’extension naturelle de ce travail est d’étudier l’influence du second gradient sur l’endommagement et la rupture. Cette étude s’appuie sur le développement d’essais réalisés sur des structures imprimées afin de bien comprendre les mécanismes de la rupture, sur la base desquels le modèle de rupture devrait être établi et ajusté.

Rupture et endommagement des matériaux fragiles

Le LSPM développe depuis longtemps des modèles d’endommagement et de rupture des matériaux fragiles. Des modèles non-locaux ont été successivement utilisés pour prévoir l’amorçage et la propagation des fissures dans les matériaux céramiques sous chargement thermique, dans les composites à matrice céramique, dans le plexiglas etc. Sur la base de ces résultats, les efforts sont poursuivis pour compléter et améliorer ces modèles. En particulier, les modèles numériques de rupture en 3D sont étendus enfin de toujours mieux répondre aux exigences industrielles, concernant notamment la rupture des matériaux composites. Les mécanismes de rupture induite par des phénomènes de diffusion (chargement thermique, rupture par séchage etc.) seront également étudiés et modélisés dans un cadre global et unique. Par ailleurs, des efforts sont entrepris pour développer l’observation expérimentale de la rupture en se basant sur des techniques de corrélation d’images.