Développement de méthodologies à base d’IA pour la modélisation 3D de l’orientation des fibres à l’intérieur du bois

Installé depuis 1901 dans un lieu d’exception, l’abbaye de Cluny, le campus Arts et Métiers a forgé sa réputation sur plusieurs domaines d’expertise : l’usinage à grande vitesse, l’industrie du bois, la maquette numérique et l’imagerie virtuelle. S’appuyant sur deux laboratoires de recherche, le Laboratoire des Matériaux et Procédés (LaBoMaP) et le Laboratoire d’Ingénierie des Systèmes Physiques et Numériques (LISPEN)/Institut de Chalon-sur Saône, il bénéficie notamment d’une concentration de moyens techniques et humains dans le domaine des matériaux, de la conception, des procédés de fabrication et de la production. 

Contexte
Projet ANR PropUsiBot La filière de la transformation du bois joue aujourd’hui un rôle stratégique dans le contexte de développement durable. Elle s’appuie sur une ressource biosourcée, présentant une balance entre croissance et exploitation positive, et favorisant les circuits courts par son foisonnement à travers tout le territoire. Cumulé à son caractère écologique, ses qualités esthétiques et mécaniques en font un matériau toujours plus valorisé, certes en construction et en ameublement ou pour des instruments de musiques mais également pour équiper tous types de véhicules qu’ils soient terrestres, aériens ou maritimes. Lors de l’usinage de pièces en bois massif, il est complexe d’obtenir des états de surfaces satisfaisants en tous points et des arrachements de fibre peuvent même apparaître du fait de la forte anisotropie et de l’hétérogénéité de ce matériau. Le projet PropUsiBot, qui s’appuie sur les compétences de l’Institut Clément Ader (Université de Technologie de Tarbes Occitanie Pyrénées) et du LaBoMaP (ENSAM de Cluny), vise à participer à la croissance et la performance de la filière bois en résolvant cette problématique par le développement simultané d’outils d’optimisation complémentaires.


Description du sujet et des objectifs
Le sujet porte sur la caractérisation non-destructive de l’orientation des fibres du bois à l’échelle millimétrique, élément indispensable pour parvenir à optimiser les stratégies d’usinage du bois massif. Le LaBoMaP dispose d’une expertise reconnue à l’international dans ce domaine, avec un parc d’équipements de pointe incluant un scanner industriel de planches sciées et plusieurs scanners de laboratoire permettant de mesurer l’orientation des fibres en surface. C’est précisément ce point qui constitue la limitation principale : l’orientation des fibres à l’intérieur du bois n’est pour l’heure qu’estimée par des méthodes d’interpolation assez simples. Le LaBoMaP a développé une méthode originale de tomographie destructive permettant de mesurer l’orientation des fibres en 3D, et a ainsi constitué une base de données véritablement unique sur un billon entier de douglas. L’objectif principal de ce stage consiste à développer et valider des modèles non destructifs d’interpolation volumique des angles à partir de ces données, en simulant les mesures de surface qui auraient été obtenues de manière non-destructive, par des approches géométriques et d’intelligence artificielle. L’objectif à terme est de développer des modèles prédictifs permettant de reconstruire, à partir de mesures de surface, la distribution tridimensionnelle de la densité et de l’orientation des fibres dans le volume du bois, ce qui pourra être réalisé au cours d’une thèse en continuité du stage. 

Issu(e) de filière Master universitaire ou école d’ingénieur, le/la candidat(e) aura à traiter des données et images par des approches IA, pour réaliser des modélisations géométriques des fibres. Pour cela, des compétences en programmation (Python notamment)sont nécessaires. Des expérimentations de laboratoire sont envisageables, il serait apprécié que le/la candidat(e) soit à l’aise avec la prise en main et le développement de nouvelles techniques expérimentales et la réalisation de nombreux essais/mesures. Le/la candidat(e) devra faire preuve de rigueur scientifique, d’autonomie et d’un goût pour le travail interdisciplinaire, à l’interface entre physique, traitement d’images, méthodes numériques et sciences du bois.