Soutenance de thèse - Pierre-Louis PICHARD

Soutenance de thèse - Pierre-Louis PICHARDPierre-Louis PICHARD, en vue de l’obtention du grade de Docteur en Sciences pour l’Ingénieur, spécialité « Génie des Matériaux », présentera ses travaux intitulés : « Développement de matériaux composites bio-inspirés en impression 3D/4D : vers des panneaux de protection à haute dissipation d’énergie pour des applications spatiales » le 11 décembre à Lorient.

Date 11/12

Résumé

Développement de matériaux composites bio-inspirés en impression 3D/4D : vers des panneaux de protection à haute dissipation d’énergie pour des applications spatiales.

On se propose dans cette thèse de développer des composants de blindages anti-météorites pour la future base lunaire, dont les fonctions requises sont résistance à l’impact et dissipation d’énergie. L’approche retenue mêle fabrication additive de matériaux composites basés en partie sur des ressources lunaires, et démarche de biomimétisme top-down sur des exosquelettes d’organismes marins. Cette approche permet la conception d’architectures innovantes au niveau de la séquence d’empilement du stratifié, basée sur le motif Bouligand, et à l’échelle du pli en introduisant des pores fonctionnels.

Ces architectures sont tout d’abord testées en impact non-perforant de 50 J, à basse vitesse (10 m.s-1) et moyenne vitesse (150 m.s-1), et présentent une capacité de dissipation d’énergie égale voire supérieure aux stratifiés composites traditionnels. L’étude des mécanismes d’endommagement permet de comprendre l’influence de l’architecture sur la capacité de dissipation d’énergie.

Ensuite, un exosquelette comportant à sa surface des tuiles protectrices reprenant les architectures susmentionnées, est fabriqué en tirant parti des contraintes résiduelles générées lors de l’impression. Leur libération contrôlée permet d’obtenir la forme programmée, sans avoir besoin de moule. Enfin, l’exposition aux rayonnements ultra-violets et au cyclage thermique sous vide des panneaux de protection et de l’exosquelette démontre leur tenue à l’environnement spatial.

Mots clefs : Biomimétisme – Structures Bouligand – Résistance à l’impact – Impression 4D – Environnement spatial

Abstract

Development of 3D/4D-printed bioinspired composites: towards highly energy-dissipative protective panels for space applications.

This thesis is dedicated to the development of components for the micrometeoroid shields of the future lunar base, whose required functions are impact resistance and energy dissipation. The approach adopted combines additive manufacturing of composite materials partly based on lunar resources, with a top-down biomimetic scheme based on the exoskeleton of marine organisms. This approach enables to design innovative architectures in terms of the laminate stacking sequence, based on the Bouligand structure, and at the ply scale by introducing functional voids.

These architectures are first tested under non-perforating 50 J impacts, at low (10 m.s-1) and medium velocities (150 m.s-1), and present an energy dissipation capacity at least equal to that of traditional composite laminates. The study of damage mechanisms provides insights into the influence of the architecture on the energy dissipation capacity.

Afterwards, an exoskeleton featuring on its surface protective tiles having the aforementioned architecture is manufactured by drawing advantage from the residual stresses embedded during the printing process. Their controlled release causes the programmed shape to be obtained without the need for a mould. Finally, exposure to ultraviolet radiation and thermal cycling under vacuum of the protective panels and exoskeleton demonstrates their compliance to the space environment.

Key words: Biomimetics – Bouligand structures – Impact resistance – 4D printing – Space environment

Membres du jury

• Dr Flavia LIBONATI, rapporteur, Maître de Conférences, University of Genoa, Polytechnic School, DIME
• Pr Fabrizio SCARPA, rapporteur, Professeur des Universités, University of Bristol
• Dr Tiffany CHENG, examinatrice, Maître de Conférences, Cornell University
• Pr Frédéric DEMOLY, examinateur, Université de Bourgogne Franche-Comté, ICB UMR CNRS 6303
• Pr Antoine LE DUIGOU, directeur de thèse, Professeur des Universités, Université Bretagne Sud, IRDL CNRS UMR 6027
• Dr Justin DIRRENBERGER, co-directeur de thèse, Maître de Conférences HDR, CNAM
• Pr Laurent MAHÉO, co-directeur de thèse, Professeur des Universités, Académie Militaire de St-Cyr Coëtquidan, IRDL CNRS UMR 6027

Membre du jury invité

• Dr Ugo LAFONT, Space Materials & Technology Specialist, ESA-ESTEC

Les travaux sont dirigés par Antoine Le Duigou, Justin Dirrenberger et Laurent Mahéo

École doctorale SPI.bzh N°647

Informations pratiques

Jeudi 11 décembre à 14h

Amphithéâtre Sciences 2

Faculté Sciences & Sciences de l'Ingénieur

Lorient

Crédit photographique : ©Université Bretagne Sud. Service Communication