Matériaux architecturés élaborés par fabrication additive

De nombreuses applications industrielles nécessitent des matériaux aux propriétés spécifiques, c’est-à-dire, rapportées à leur masse volumique, améliorées, notamment dans les secteurs du transport, de la défense et du biomédical. Les matériaux architecturés sont une classe émergente de matériaux avancés, qui étendent le champ des possibles en termes de propriétés fonctionnelles. Le terme de « matériau architecturé » s’applique à tout matériau hétérogène obtenu par un processus de conception visant à remplir un cahier des charges spécifique, à travers une fonctionnalité, un comportement ou une performance, induits par un arrangement morphologique contrôlé entre plusieurs phases.

Il convient de différencier les matériaux architecturés naturels des matériaux architecturés artificiels. Bien que l’étude des premiers soit très fructueuse en termes conceptuels, avec l’adoption, par exemple d’une approche de bioinspiration, cet article est retreint à l’analyse des seconds, conçus et produits de façon contrôlée par l’ingénierie des matériaux.

La recherche appliquée aux matériaux architecturés s’est fortement développée depuis le début des années 2000, parallèlement à l’essor de nouveaux procédés de mise en œuvre de la matière, notamment les technologies de fabrication additive. Ainsi, associées à des approches de conception tirant partie des méthodes numériques d’optimisation topologique, ces nouvelles technologies de fabrication ont permis d’architecturer, littéralement, les matériaux à différentes échelles.

Les expérimentations industrielles d’une telle approche de conception de matériau sur-mesure en termes de propriétés, découlant d’une architecturation morphologique spécifique, sont nombreuses. Elles justifient un intérêt à formaliser ces tentatives relevant souvent du savoir-faire de l’ingénieur. Cette formalisation devient une nécessité dans un contexte de numérisation de l’ensemble des processus industriels, tant en conception qu’en fabrication.

Dans ce contexte, cet article vise à dresser un état de l’art des différentes étapes liées à l’obtention de matériaux architecturés via des procédés additifs : méthodologies de conception, optimisation topologique, modélisation du comportement, procédés de fabrication additive. Il traite aussi des enjeux majeurs liés au développement et à l’utilisation industrielle de ces matériaux architecturés.