MESR : Etude du potentiel de l'open hardware pour l'amélioration des technologies directes et indirectes de recyclage distribuées. // Study of the potential of open hardware for improving distributed direct and indirect recycling technologies.

Ce projet de thèse s'inscrit dans les travaux menés à l'ERPI autour de la fabrication distribuée et de l'économie circulaire. Il vise à étudier le potentiel de l'open hardware pour améliorer les technologies de recyclage direct et indirect des polymères dans des contextes locaux et décentralisés, en lien avec la fabrication additive.

Les recherches récentes ont démontré la faisabilité du recyclage distribué de plastiques, notamment à partir de déchets hétérogènes, en limitant les étapes de tri et de transformation. Toutefois, plusieurs verrous scientifiques et techniques subsistent. D'une part, la forte variabilité des matières issues de déchets mélangés entraîne une instabilité des propriétés mécaniques des pièces produites. D'autre part, la maîtrise des procédés d'extrusion et d'impression 3D reste limitée, notamment en ce qui concerne le contrôle des paramètres (température, débit, adhésion inter-couches). Enfin, l'absence de standardisation des matériaux recyclés pose des problèmes de reproductibilité, bien que cet aspect ne soit pas traité directement dans la thèse.

L'objectif principal du projet est de lever deux de ces verrous. Le premier axe porte sur le développement d'une étape intermédiaire de type compoundage, permettant d'homogénéiser les matériaux recyclés. Cette étape devra s'appuyer sur des solutions open source et open hardware, compatibles avec une mise en œuvre à l'échelle territoriale, afin de préserver la logique de production distribuée. L'enjeu est de concevoir ou adapter des dispositifs accessibles permettant d'améliorer la qualité et la stabilité des matières premières issues du recyclage.

Le second axe concerne l'amélioration du pilotage des procédés de fabrication additive. Il s'agira d'explorer l'apport des jumeaux numériques pour mieux observer, contrôler et optimiser les processus d'extrusion et d'impression. Ces outils permettront d'intégrer des données en temps réel afin d'ajuster les paramètres de fabrication et de réduire les défauts liés à la variabilité des matériaux.

La démarche de recherche combinera des approches expérimentales (développement de dispositifs, essais matériaux, caractérisation mécanique), numériques (modélisation et jumeaux numériques) et systémiques (intégration dans une logique de fabrication distribuée). Les travaux contribueront à proposer des solutions techniques robustes, accessibles et reproductibles, favorisant la valorisation locale des déchets plastiques.

À terme, ce projet vise à renforcer la viabilité des modèles de recyclage distribué en améliorant la qualité des matériaux et la maîtrise des procédés, tout en s'appuyant sur les principes d'ouverture, de partage et d'appropriation technologique propres à l'open hardware.
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This PhD project is part of the research conducted at the ERPI on distributed manufacturing and circular economy. It aims to investigate the potential of open hardware to improve both direct and indirect recycling technologies for polymers in local and decentralized contexts, in connection with additive manufacturing.

Recent studies have demonstrated the feasibility of distributed recycling of plastics, particularly from heterogeneous waste streams, by limiting sorting and transformation steps. However, several scientific and technical challenges remain. On the one hand, the high variability of materials derived from mixed waste leads to inconsistent mechanical properties in the produced parts. On the other hand, the control of extrusion and 3D printing processes remains limited, especially regarding key parameters such as temperature, flow rate, and interlayer adhesion. Finally, the lack of standardization of recycled materials raises issues of reproducibility, although this aspect is beyond the scope of the present thesis.

The main objective of the project is to address two of these challenges. The first research axis focuses on the development of an intermediate compounding step to homogenize recycled materials. This step will rely on open-source and open-hardware solutions that can be implemented at a territorial scale, in line with the distributed production approach. The goal is to design or adapt accessible systems capable of improving the quality and consistency of recycled raw materials.

The second axis concerns the improvement of process control in additive manufacturing. In this context, the contribution of digital twin technologies will be investigated to enhance the monitoring, control, and optimization of extrusion and printing processes. These tools will enable the integration of real-time data to dynamically adjust manufacturing parameters and reduce defects related to material variability.

The research methodology will combine experimental approaches (development of devices, material testing, mechanical characterization), numerical approaches (modeling and digital twins), and systemic analysis (integration into distributed manufacturing frameworks). The expected outcomes include robust, accessible, and reproducible technical solutions that support local valorization of plastic waste.

Ultimately, this project aims to strengthen the viability of distributed recycling models by improving material quality and process control, while leveraging the principles of openness, knowledge sharing, and technological accessibility inherent to open hardware.
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Début de la thèse : 01/11/2026

Financement d'un établissement public Français

Université de Lorraine

608 SIMPPÉ - SCIENCES ET INGENIERIES DES MOLECULES, DES PRODUITS, DES PROCEDES ET DE L'ÉNERGIE

Le profil recherché est celui d'un candidat(e) en génie mécanique, matériaux ou fabrication additive, avec un fort intérêt pour les approches d'économie circulaire et idéalement de fabrication distribuée. Une formation de niveau master (ou équivalent) en lien avec les matériaux polymères, la mécanique et la fabrication additive est attendue. Le ou la candidat·e devra disposer de compétences solides en sciences des matériaux (notamment polymères), en procédés de transformation (extrusion, fabrication additive) et en caractérisation mécanique et thermique. Des compétences en modélisation numérique, en programmation (Python ou équivalent) et/ou en outils de simulation seront fortement appréciées, notamment pour le développement de jumeaux numériques. Une appétence pour les approches expérimentales et la conception de dispositifs techniques (idéalement en open hardware) est souhaitée. Des connaissances en systèmes distribués, fabrication open source ou innovation frugale constituent un atout important. Enfin, le poste requiert de bonnes capacités d'analyse scientifique, de rédaction en anglais, ainsi qu'une aptitude au travail en équipe au sein de l'ERPI et dans des environnements pluridisciplinaires. Une curiosité pour les problématiques de transition écologique est également attendue.
The desired profile is that of a candidate in mechanical engineering, materials science, or additive manufacturing, with a strong interest in circular economy approaches and ideally distributed manufacturing. A Master's degree (or equivalent) in fields related to polymer materials, mechanics, or additive manufacturing is required. The candidate should have solid skills in materials science (particularly polymers), processing techniques (extrusion, additive manufacturing), and mechanical and thermal characterization. Skills in numerical modeling, programming (Python or equivalent), and/or simulation tools will be highly valued, particularly for the development of digital twins. An interest in experimental approaches and the design of technical devices (ideally in open hardware) is also expected. Knowledge of distributed systems, open-source manufacturing, or frugal innovation would be a strong advantage. Finally, the position requires good scientific analytical abilities, strong English scientific writing skills, and the capacity to work in a team within the ERPI and in multidisciplinary environments. A curiosity for ecological transition issues is also expected.