Métamatériaux légers et résistants à architectures innovantes fabriqués par fabrication additive pour environnements contraints // Lightweight and high-strength metamaterials with innovative architectures manufactured by additive manufacturing for constra

Les contraintes environnementales, la hausse des coûts des matières premières et la nécessité de réduire l’empreinte carbone incitent à concevoir des matériaux plus poreux, alliant légèreté et tenue mécanique. Ces matériaux répondent aux besoins de secteurs stratégiques tels que l’aéronautique, le spatial, les transports, l’énergie et les instruments de physique de haute performance.

Les métamatériaux mécaniques, constitués de structures en microtreillis obtenues par impression 3D, offrent un potentiel unique pour relever ces défis. En modulant la topologie de leurs réseaux internes, il devient possible d’atteindre des rapports rigidité/densité supérieurs à ceux des matériaux conventionnels et d’adapter leur architecture pour viser des propriétés mécaniques ou fonctionnelles spécifiques.

Cette thèse s’inscrit dans cette dynamique d’innovation. Elle vise à développer des métamatériaux métalliques ultralégers dont l’architecture est optimisée pour maximiser les performances mécaniques tout en conservant une isotropie assurant un comportement prévisible grâce aux outils classiques d’ingénierie, notamment le calcul par éléments finis, la simulation numérique et les approches multiéchelles. L’approche s’appuie sur une expertise reconnue au sein du CEA, en particulier à l’IRAMIS et à l’IRFU/DIS, dans la conception de métastructures aléatoires isotropes et leur mise en forme par fabrication additive métallique.

En combinant mécanique numérique, conception avancée, fabrication additive multiprocédés et caractérisations in situ, cette thèse vise à repousser les limites actuelles de la conception et de la fabrication de structures métalliques complexes.
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Environmental constraints, rising raw material costs, and the need to reduce carbon footprints drive the development of more porous materials that combine lightness with mechanical strength. Such materials meet the requirements of strategic sectors including aerospace, space, transportation, energy, and high-performance physics instruments.

Mechanical metamaterials, composed of micro-lattice structures produced by 3D printing, offer a unique potential to address these challenges. By tailoring the topology of their internal networks, it becomes possible to achieve stiffness-to-density ratios higher than those of conventional materials and to adapt their architecture to target specific mechanical or functional properties.

This thesis is part of this wave of innovation. It aims to develop ultralight metallic metamaterials whose architecture is optimized to maximize mechanical performance while maintaining isotropy, ensuring predictable behavior using conventional engineering tools, including finite element analysis, numerical simulation, and multiscale approaches. The research builds on the recognized expertise of the CEA, particularly at IRAMIS and IRFU/DIS, in designing isotropic random metastructures and shaping them through metal additive manufacturing.

By combining numerical mechanics, advanced design, multi-process additive manufacturing, and in situ characterization, this thesis seeks to push the current limits of design and fabrication of complex metallic structures.
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Pôle fr : Direction de la Recherche Fondamentale
Département : Institut de recherche sur les lois fondamentales de l’univers
Service : Département d’ingénierie des systèmes
Laboratoire : Laboratoire de Conception, d’études et d’Avant Projets
Date de début souhaitée : 01-01-2026
Ecole doctorale : Physique en Île-de-France (EDPIF)
Directeur de thèse : BONAMY Daniel
Organisme : CEA
Laboratoire : DRF/IRAMIS/SPEC/SPHYNX

Financement public/privé

Pôle fr : Direction de la Recherche Fondamentale
Département : Institut de recherche sur les lois fondamentales de l’univers
Service : Département d’ingénierie des systèmes

Master 2 ou diplôme d’ingénieur en science des matériaux, mécanique, physique, fabrication additive ou disciplines connexes.