Conception, fabrication et caractérisation multi-échelle de structures en treillis, légères et durables, encapsulées et à remplissage hybride, présentant des propriétés mécaniques à gradient fonctionnel pour des applications crash et impact // Design, man

Les structures en treillis fabriquées par fabrication additive s'imposent comme des matériaux architecturés prometteurs, permettant une conception allégée, une absorption d'énergie optimisée et des propriétés mécaniques modulables. Toutefois, leur adoption industrielle se heurte encore à plusieurs défis non résolus. Premièrement, les treillis conventionnels peinent souvent à offrir la multifonctionnalité et la modularité requises pour des applications de haute performance. Les conceptions hybrides encapsulées, combinant des (super)alliages métalliques et des élastomères — intégrant potentiellement des charges recyclables —, ouvrent de nouvelles perspectives pour améliorer la résistance aux chocs, la tolérance aux dommages et la durabilité du cycle de vie. Or, le comportement mécanique de ces treillis hybrides chargés reste mal compris, notamment sous différentes vitesses de sollicitation.
Par ailleurs, la capacité à prédire et à optimiser les performances de ces matériaux architecturés complexes est limitée par l'absence de cadres de simulation robustes, capables de prendre en compte les interactions entre matériaux, le comportement dynamique et l'endommagement progressif. Les modèles actuels par éléments finis (EF) simplifient souvent la représentation des interfaces entre matériaux et la sensibilité à la vitesse de déformation, ce qui restreint leur précision prédictive. Parallèlement, les technologies de jumeaux numériques offrent des outils puissants pour la surveillance en temps réel, la conception technique et la prolongation de la durée de vie, mais leur application aux matériaux en treillis hybrides demeure inexplorée.

Enfin, malgré l'intérêt croissant pour la durabilité, peu d'études se penchent sur la recyclabilité, la réparabilité ou la circularité des matériaux de ces structures en treillis avancées. L'intégration d'une conception fondée sur des matériaux recyclables dans le développement de treillis hybrides chargés constitue une lacune majeure de la recherche actuelle.
L'objectif central du projet consistera donc à concevoir, caractériser, modéliser et optimiser des structures en treillis hybrides chargés et multi-matériaux, présentant des réponses mécaniques prévisibles, modulables et durables sur une gamme variée de vitesses de sollicitation, en s'appuyant à la fois sur des méthodes expérimentales et numériques.
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Additively manufactured lattice structures have emerged as promising architected materials enabling lightweight design, optimized energy absorption and tailored mechanical performance. However, their industrial approval remains limited by several unresolved challenges. First, conventional material lattices often fail to deliver the multifunctionality and tunability required for high-performance applications. Encapsulated hybrid designs that combine metallic (super) alloys and elastomers, potentially incorporating recyclable fillers, offer new opportunities for enhancing impact resistance, damage tolerance and lifecycle sustainability. Yet, the mechanical behaviour of such hybrid-filled lattices under different loading rates is not well understood.
Furthermore, the ability to predict and optimize the performance of these complex architected materials is limited by the lack of robust simulation frameworks that are able to capture multi-material interactions, dynamic behaviour and progressive damage. Existing finite element (FE) models often simplify material interfaces and strain-rate sensitivity, limiting their predictive accuracy. At the same time, digital twin technologies offer powerful tools for real-time monitoring, engineering design and lifecycle extension, but their application to hybrid lattice materials remains unexplored.

Finally, despite increased attention to sustainability, few studies investigate the recyclability, repairability or material circularity of advanced lattice structures. Integrating design based on recyclable-based materials within the development of hybrid-filled lattices represents a significant gap in current research.
The core problem outcomes therefore will be to design, characterize, model and optimize multi-material, hybrid-filled lattice structures that exhibit predictable, tunable and sustainable mechanical responses across a range of loading rates, using both experimental and computational methods.
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Début de la thèse : 01/11/2026

Public funding alone (i.e. government, region, European, international organization research grant)

Concours pour un contrat doctoral

Université Polytechnique Hauts de France

635 Ecole Doctorale Polytechnique Hauts-de-France

Les candidats idéaux seront titulaires d'un diplôme d'études supérieures en génie mécanique, civil/structures, des matériaux ou aéronautique, ou bien en physique ou en mathématiques appliquées. Des connaissances et une expérience dans un ou plusieurs des domaines suivants sont souhaitables : méthodes des éléments finis, modélisation mathématique, programmation informatique (compétences en FORTRAN, C ou Python) et caractérisation/modélisation du comportement mécanique des matériaux. Par ailleurs, ils devront manifester un vif intérêt pour l'expérimentation, l'analyse technique et/ou la conception, idéalement en justifiant d'une expérience pratique en analyse par éléments finis (FEA) et/ou en conception assistée par ordinateur (CAO). Parmi les autres qualités requises figurent de solides capacités d'analyse, d'excellentes aptitudes à la communication écrite et orale, ainsi que la capacité à travailler aussi bien en autonomie qu'au sein d'une équipe.
Ideal candidates will have a postgraduate degree in mechanical, civil/structural, materials or aeronautical engineering or in physics or applied mathematics. Knowledge and experience in one or more of the following areas - finite element methods, mathematical modelling, computer programming (FORTRAN or C or Python programming skills) - characterization and modelling of the mechanical behavior of materials is desirable. In addition, they will be able to demonstrate a strong interest in experiments, engineering analysis and/or design, preferably with a track record of involvement in FEA and/or CAD. Other essential requirements include strong analytical skills, excellent written and verbal communication skills, and the ability to work independently and as part of a team.