Contribution au développement d’actionneurs autonomes et biosourcés, mis en forme par impression 4D, pour des applications de traqueur solaire

Contribution to the development of 4D-printed autonomous and biosourced actuators, for solar tracking applications

• Auteur / Autrice : Melvin Josselin
• Direction : Antoine Le Duigou, Mickaël Castro, Noëlie Di Cesare
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences pour l’Ingénieur. Spécialité : Génie des Matériaux
• Date : Soutenance le 04/11/2024
• Etablissement(s) : Lorient
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences Pour l'Ingénieur (Lorient ; 2022-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de Recherche Dupuy de Lôme (Bretagne ; 2016-....)
• Jury : Président / Présidente : Benoît Roman
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Frédéric Jacquemin
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Damien Soulat, Kunal Masania

Mots clés

Mots clés contrôlés

Fibres naturelles

Composites à fibres

Bioimpression

Mots clés libres

Traqueur solaire

Biomimétisme

Biocomposites

Bio-inspiration

4D printing

Biocomposites

Biomimicry

Solar tracking

Résumé

Un intérêt grandissant concernant le développement d’actionneurs passifs est observé depuis une décennie. Ces actionneurs sont capables de réagir de façon autonome à des stimuli environnementaux en fournissant une réponse programmée. Pour cela, ils convertissent l’énergie directement disponible dans l’environnement et ne nécessitent aucun apport d’énergie extérieur.L’objectif de ce projet de thèse est de contribuer au développement d’un prototype de traqueur solaire passif, bio-inspiré, fabriqué à partir de matériaux biosourcés et locaux, et piloté par des stimulienvironnementaux.Inspiré par la microstructure de fibres végétales telles que les fibres de bois, des BioComposites Hygromorphes tubulaires sont mis en forme par impression 4D. Ces structures adaptatives génèrent de la rotation et du couple lorsqu’elles sont soumises aux variations de température et d’humidité relative de l’environnement. L’actionnement induit dépend des paramètres achitecturaux de la structure. Une méthodologie basée sur de l’optimisation pas essaim particulaire (PSO) est finalement proposée afin de programmer le comportement héliotrope de la structure.Mots

A growing interest in the development of passive actuators has been observed over the last decade. These actuators can react autonomously to environmental stimuli by providing a programmed response. To do this, they convert the energy directly available in the environment and do not require any externalenergy input.This thesis project aims to contribute to the development of a passive solar tracker, made of local and bio-sourced resources (flax fibres and biopolymers), and driven by environmental stimuli.Inspired by the microstructure of plant fibres such as wood, 4D-printed tubular Hygromorph BioComposites are designed. These adaptive structures generate rotation and torque when subjected to environmental temperature and relative humidity variations. The induced actuation is tailorable through architectural parameters. Finally, a methodology based on a Particle Swarm Optimisation (PSO) isproposed to programme the morphing response into a heliotropic motion.