Description du sujet de thèse

Les structures gonflables ont des applications dans de nombreux domaines. Elles peuvent servir à la fabrication d'abris temporaires, de robots souples, de dispositifs flottants (canoës pneumatiques), de mobilier gonflables, d'équipements de sécurité (coussins gonflables), ou médicaux (prothèses, matelas anti-escarres…). Ce large éventail d'applications s'explique par les nombreux avantages de ce type de structures. À la fois légères, sûres, résistantes, elles sont aussi économiques et relativement faciles à fabriquer.
Nous développons au laboratoire des structures « baromorphes » initialement planes qui se déploient lorsqu’elles sont pressurisées. Une des techniques est basée sur l’assemblage de tissus étanches thermosoudés à plat suivant un motif de canaux. Le gonflement de ces canaux induit une contraction non homogène de la structure qui se déploie hors du plan. La forme finale est ainsi dictée par l’architecture des canaux et peut être prédite et programmée grâce à des outils de géométrie différentielle.
Jusqu’à présent nous nous sommes concentrés sur des structures à 2 couches de tissu qui permettent d’obtenir une large famille de formes. Néanmoins la géométrie de ces structures est figée par le dessin des canaux. Augmenter la pression rigidifie la structure mais ne modifie pas sensiblement sa forme. Une étude préliminaire a cependant montré que la superposition d’une 3e couche sur une simple structure à 2 couches, permettant de former 2 réseaux de canaux indépendants, offre un degré de liberté supplémentaire. Un ajustement de la pression différentielle entre les 2 réseaux de canaux permet de contrôler la courbure de la structure, ouvrant aussi la voie vers des applications en «soft-robotique».
Comment varie cette courbure en fonction du différentiel de pression et de la géométrie des canaux? Quelle est la rigidité mécanique de ces structures tricouches? Quelles formes tridimensionnelles peut-on obtenir ? Quels types d’applications peut-on imaginer développer de la « soft-robotique » à des éléments architecturaux?
Nous proposons d’aborder ce projet à travers des expériences modèles, une approche analytique simplifiée et un outil numérique grâce à une collaboration avec des collègues de l’INRIA et du laboratoire Navier.

Contexte de travail

Nous proposons d’aborder ce projet à travers des expériences modèles réalisées au laboratoire PMMH, une approche analytique simplifiée et un outil numérique grâce à une collaboration avec des collègues de l’INRIA et du laboratoire Navier

Contraintes et risques

Utilisation de techniques de prototypage rapide (impression 3D, cuter laser, dispositif de thermosoudure) sans risque particulier