[conférence] Matériaux architecturés pour les véhicules

L’utilisation massive de matériaux composites pour alléger les structures mécaniques et diminuer leurs impacts écologiques de réalisation et de fonctionnement induit inéluctable des problèmes industriels importants mettant en cause la sécurité des systèmes : ambiance vibratoire et problème de stabilité dynamique, phénomènes de fatigue et d’endommagement dans les structures composites, modélisation et aide à la conception en présences d’importantes incertitudes… Le challenge technologique porte alors sur la réalisation d’une nouvelle classe de matériaux composites fonctionnalisés permettant la sécurisation et le contrôle des structures dans lesquelles ils sont utilisés.

Ces nouveaux composites adaptatifs devront être capables de détecter et de réagir à leurs environnements de manière prévisible et contrôlée, en intégrant différents éléments, tels que des capteurs, des actionneurs, des sources d’énergie, du traitement de signal, et un réseau de communications. En plus de supporter des charges mécaniques, les structures intelligentes distribuées pourront atténuer leurs vibrations, réduire le bruit acoustique, mesurer leurs conditions opérationnelles et leur environnement, changer leur forme ou leurs propriétés mécaniques sur commande. La maîtrise de ces nouvelles technologies représente un challenge crucial tant sur le plan sociétal, économique qu’environnemental.

Nous assistons, ces dernières années, à la convergence des progrès technologiques dans les domaines des MEMS, de l’impression 3D et des matériaux fonctionnels qui laisse entrevoir une future rupture technologique qui impactera profondément le développement des futures structures et systèmes mécaniques. On peut ainsi imaginer, aujourd’hui, intégrer au sein même des matériaux des systèmes hybrides constitués de matériaux adaptatifs, d’électronique, de ressources informatiques et de sources d’énergie. Ces technologies permettent alors de ‘programmer’ le comportement physique des matériaux pour synthétiser de nouvelles fonctionnalités jusqu’ici inenvisageables. La prochaine génération de composites ou «métacomposites intelligents», devrait tirer pleinement parti de ces avancées technologiques pour optimiser leurs fonctionnalités notamment vibratoires et acoustiques.

Après un court état de l’art, la présentation décrit les outils théoriques et numériques pour la conception de métacomposites adaptatives à travers la présentation de deux applications spécifiques l’une concernant la réalisation de liners acoustiques intelligents et l’autre de métacomposites piézoélectriques. Dans la première partie, le concept de peau active acoustique est introduit. Les outils de modélisation et d’optimisations sont décrits et le concept validé par un prototype expérimental. La deuxième partie traite de la réalisation d’une interface mécanique intelligente pour contrôler l’absorption et la transmission de l’énergie vibratoire dans un réseau distribué de patchs piézoélectriques shuntés. Les outils de conception sont présentés. Finalement, un prototype nous permet de valider le système distribué proposé :