Etude expérimentale, couplée à la modélisation et l’IA, des interactions liants- poudres dans le procédé de Binder Jetting. Application au recyclage des céramiques

Contexte et Enjeux
Le procédé de fabrication additive Binder Jetting (projection de liant sur lit de poudre) offre
une grande liberté dans la conception de pièces céramiques de géométries complexes.
Cependant, de nombreux défis subsistent quant à l’optimisation de la distribution
granulométrique, la formulation des liants et leur réactivité avec les poudres, les post-
traitements de déliantage et frittage. La maîtrise de la rigidité des pièces crues et de leur
homogénéité reste un défi majeur. Les interactions physiques et chimiques entre les liants
et les poudres sont au cœur du procédé. Ces interactions dépendent de mécanismes
physiques et chimiques complexes : l'éjection de la goutte, son impact et sa pénétration
capillaire, qui peuvent induire une réorganisation locale de l'empilement granulaire, ainsi
que des interactions de nature chimique entre les liants et la surface des grains, suivant
leurs propriétés de mouillabilité, ou de viscosité.
Pour répondre aux enjeux actuels de développement durable, le recyclage des produits
céramiques, issus des rebuts dans les entreprises ou de pièces en fin de vie, devient une
préoccupation centrale de l’industrie céramique. L’utilisation de matières premières issues
du recyclage nécessite de repenser les étapes des procédés, car ces matières premières
peuvent avoir des caractéristiques physiques et chimiques différentes en comparaison avec
les matières premières initiales. Le Binder Jetting est un procédé tout à fait approprié pour
intégrer des matières premières issues du recyclage, à condition de mener un travail
d’optimisation sur les caractéristiques des poudres et des liants utilisés.
La thèse proposée portera sur l’étude des interactions poudres liants appliqué aux matières
premières issues du recyclage. La thèse sera menée entre l’IRCER et le CTTC (Centre de
Transfert de Technologies Céramiques). Ce partenariat offrira au doctorant une double
culture académique et industrielle, lui permettant de mener des recherches fondamentales
tout en étant confronté aux réalités et exigences de la fabrication dans un contexte industriel.

Démarche Scientifique
Le doctorant sera au centre d'une stratégie innovante mêlant l’expérimentation, la
modélisation et l’intelligence artificielle :
1. Partie expérimentale:
• Mise en place d’un banc d'essai instrumenté (vidéographie rapide) pour analyser la
dynamique d'impact et de mouillage, et pour obtenir des informations à une échelle
intermédiaire entre la taille des grains et celle de la pièce.
• Etude de différents couples « poudre/liant » pour identifier les interactions physico-
chimiques dominantes.
• Réalisation d’échantillons par Binder Jetting, en utilisant des poudres modèles,
comme l’alumine, et des poudres issues du recyclage (porcelaine,…), incluant les
étapes de préparation des poudres.
• Caractérisation de la microstructure et des propriétés finales des pièces crues :
analyse de la porosité, détermination du profil de pénétration du liant, propriétés
mécaniques, observations microstructurales pour établir les relations avec les
paramètres du procédé.
2. Modélisation Numérique et Simulation :
• Utilisation du code de calcul interne (Python/GPU) basé sur la Méthode des Éléments
Discrets (DEM).
• Contribution au développement du modèle : intégration de nouvelles briques
physiques issues des observations expérimentales pour affiner la prédiction de la
propagation du liant "à cœur", zone difficilement accessible à la mesure.
3. Intelligence Artificielle et Capitalisation :
• Mise en place d'une approche de Machine Learning pour capitaliser sur l'ensemble
des données issues des essais réels et des simulations.
• L'objectif est d'utiliser l'IA pour identifier des corrélations complexes et construire un
jumeau numérique capable d'optimiser les paramètres du process (maximiser la
tenue mécanique, piloter l'homogénéité).

Université de Limoges — Université publique pluridisciplinaire fondée en 1968, l’Université de Limoges accueille plus de 17 000 étudiants et s’appuie sur une recherche reconnue dans plusieurs domaines d’excellence, notamment les matériaux, l’environnement, les mathématiques appliquées et la santé. Elle réunit également des composantes fortes comme l’IUT et l’école d’ingénieurs ENSIL‑ENSCI.

IRCER — L’Institut de Recherche sur les Céramiques (IRCER, UMR CNRS 7315) est l’un des laboratoires phares de l’Université de Limoges dans le domaine des matériaux. Installé au Centre Européen de la Céramique sur la technopole ESTER, il rassemble environ 200 personnes autour de recherches sur les procédés céramiques, les traitements de surface et les matériaux de haute performance, avec de nombreux liens vers le monde industriel.

• Formation : Master 2 ou école d'ingénieurs, en Science des Matériaux, Physique,
Chimie, Mécanique ou Génie des Procédés.
• Compétences :
-Fort attrait pour l'expérimentation et la mesure physique.
-Goût pour le calcul numérique et la programmation (Python).
-Curiosité pour l'Intelligence Artificielle (Data Science).
• Qualités : Rigueur scientifique, autonomie et capacité à faire interagir les résultats
expérimentaux avec les outils numériques.