Lightweight Tough Metamaterials for Optimized Performance Through Innovative Manufacturing Approaches

Responsable : Daniel Bonamy

Le projet LTM-OPTIMA (Lightweight Tough Metamaterials for Optimized Performance Through Innovative Manufacturing Approaches) développe des métamatériaux métalliques ultralégers destinés aux secteurs aérospatial, transport et énergie. Il s’appuie sur les expériences précédentes menées à l’IRAMIS et à l’IRFU/DIS au CEA pour relever les défis liés à l’anisotropie des métastructures.

L’objectif est de concevoir des métastructures métalliques complexes, comme les réseaux de type Delaunay, alliant isotropie locale et performances mécaniques optimisées. Une approche « material-by-design », pilotée par intelligence artificielle, permettra d’optimiser la géométrie et l’architecture en fonction des contraintes spécifiques.

Le projet mobilise plusieurs technologies de fabrication additive métallique (MBJ, MEX, EB-PBF, L-PBF) pour produire ces métamatériaux performants. Un benchmark comparatif évaluera la capacité de ces procédés à fabriquer des structures complexes tout en maîtrisant la porosité et en maximisant les propriétés mécaniques.

L’étude des matériaux combinera analyses thermomécaniques, essais de compression et caractérisations avancées (MEB, tomographie X) pour évaluer porosité, connectivité interne et comportement mécanique. Des simulations par éléments finis intégrées dès la conception permettront de prédire les performances et d’orienter l’optimisation.

Des traitements de surface innovants, tels que la pack-cémentation et le DLI-MOCVD, renforceront la durabilité en améliorant la résistance à l’usure et à la corrosion.

Des essais in situ seront réalisés via la plateforme Hexapode du PEPR DIADEM, au CNRS 3SR Grenoble, pour analyser en temps réel la déformation sous chargements multiaxiaux et explorer le lien entre microstructure et propriétés mécaniques. Ces tests s’appuieront sur des microtomographes à rayons X (sources synchrotron ou laboratoire), permettant des observations 3D in situ des mésostructures en cours de chargement, à température ambiante.

LTM-OPTIMA vise un double impact : soutenir la transition énergétique avec des matériaux plus légers et économes en ressources, et stimuler l’innovation en fabrication additive métallique. La thèse associée, en cotutelle avec la Nanyang Technological University (NTU) de Singapour, renforce la portée internationale du projet.

S’inscrivant dans le programme doctoral PEPR DIADEM, LTM-OPTIMA ambitionne de devenir un acteur clé des métamatériaux avancés et de contribuer au développement de solutions industrielles durables.