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Publié le 13/11/2015 , HESAM Université, Chercheurs

Cette semaine, focus sur Justin DIRRENBERGER, maître de conférence au Cnam. Il est également porteur du projet Synergie "DEMOCRITE", financé par heSam université et le programme Paris Nouveaux Mondes.

Justin DIRRENBERGER, qui êtes-vous ?

J’ai intégré le Conservatoire National des Arts et Métiers en septembre 2013 en tant que maître de conférences au sein de la Chaire des Matériaux Industriels, et du Laboratoire PIMM (Arts et Métiers-ParisTech/CNAM/CNRS). Je suis coordinateur scientifique d’un projet Synergie, dans le cadre de l’appel lancé par heSam université en 2013, rassemblant plusieurs institutions membres d’heSam université (CNAM, Arts et Métiers-ParisTech, ENSCI-Les Ateliers) et des partenaires hors-ComUE (ENSA Paris-Malaquais et INRIA Sophia-Antipolis). Ce projet est baptisé « DEMOCRITE ».

Quel est votre projet de recherche ?

L’impression 3D est souvent présentée comme une technologie révolutionnaire, à même de changer notre rapport à la conception et la fabrication de produits. Il reste cependant à définir selon quelles modalités. Le projet DEMOCRITE vise, par une approche rationnelle et transdisciplinaire, à développer un démonstrateur technologique pour la fabrication additive à grande échelle, basée sur l’utilisation de matériaux énergétiquement sobres. Ce projet vise à favoriser l’émergence de nouvelles problématiques de recherches, tant en ingénierie des matériaux et de la conception, qu’en création industrielle, en robotique ou en architecture.
Le changement de paradigme majeur lié à la fabrication additive consiste, pour l’industrie manufacturière, à passer d’une mise en forme par soustraction de matière à une production par addition de matière. Cette technologie s’inscrit dans une démarche plus générale, à la fois technique et conceptuelle, visant à rationaliser l’emploi de ressources en énergie et matières premières, mais aussi à décentraliser et rendre plus efficace, flexible et adaptable l’outil de production : transformer une production de masse stéréotypée en une production massivement personnalisable.

Le terme « fabrication additive » regroupe en fait 2 mondes : l’impression 3D « de bureau », souvent mise en avant pour sa flexibilité, son faible coût et ses effets bénéfiques en termes de créativité, notamment pour la réalisation de maquettes et de prototypes ; elle est principalement réalisée par dépôt de fil polymère fondu par une tête d’impression chauffante. Il existe aussi une impression 3D industrielle, incluant en fait un ensemble de techniques additives basées sur un changement de phase du matériau d’apport par interaction avec un faisceau énergétique (laser, électrons), beaucoup plus cher, mais permettant un bien meilleur contrôle « matière » de la pièce finale et de ses propriétés.

Le projet DEMOCRITE vise à concilier les exigences de ces 2 mondes (i.e. flexibilité et coût réduit d’un côté, hautes performances mécaniques, prédictibilité et précision de l’autre), tout en développant un démonstrateur technologique de grande taille, permettant de produire des éléments de structures architecturales de forme complexe à l’échelle 1:1.
Nous sommes actuellement en phase finale de valorisation des résultats du projet. Les recherches ont principalement été menées, en collaboration entre le laboratoire PIMM et le département Digital Knowledge de l’ENSA Paris-Malaquais, sur la faisabilité technique de la fabrication additive avec un volume de travail de l’ordre du mètre cube.
Plusieurs voies ont été explorées en termes de matériaux : argiles, bétons haute performance grâce à un partenariat avec LafargeHolcim. Ces choix nous ont permis de produire des démonstrateurs à l’échelle 1:1 dans le cadre de projets d’élèves-architectes, qui ont donné lieu d’une part à une production scientifique, et d’autre part à un intérêt de la part du monde industriel, très intéressé par la technologie développée.

La plateforme développée dans le projet DEMOCRITE aura ainsi rempli ses 3 fonctions annoncées dans le projet initial : substrat pour la recherche, outil pédagogique, vitrine technologique.

Que vous a apporté votre collaboration avec HESAM Université ?

Ce projet, par nature transdisciplinaire et audacieux, aurait difficilement pu être financé via les canaux classiques sans résultats préalables, les organismes de financement ayant pris pour habitude de minimiser leur risque. C’est tout à l’honneur d’HESAM Université et du comité de pilotage de Paris Nouveaux Mondes d’avoir su déceler le potentiel d’innovation de ce projet.
À l’heure des restrictions budgétaires et des taux de sélection à un chiffre, il est inestimable pour la ComUE d’être toujours dotée d’un organe interne, réactif, à même d’anticiper les projets de recherche à fort potentiel, en accord avec une politique de recrutement adaptée.

L’aide financière apportée par HESAM Université a été décisive dans le succès du projet DEMOCRITE. Ce financement Synergie m’a permis en tant que leader scientifique du projet d’aborder, je dirais même d’oser, une nouvelle thématique de recherche. Les efforts entrepris au cours des 12 derniers mois commencent à porter leurs fruits : plateforme de fabrication additive opérationnelle, valorisation scientifique en cours, intérêt de la part d’industriels…
Enfin, une spécificité d’heSam est son caractère hétérogène, qui nous a permis d’envisager des collaborations originales, hors du carcan habituel, comme cela l’a été avec l’ENSCI-Les Ateliers.

Vos ambitions suite à ce projet ?

Le projet DEMOCRITE tirera sa révérence à la fin de l’année. En tant que coordinateur, je souhaite que nous valorisions au mieux les résultats produits dans le cadre du projet. Nous concentrons actuellement nos efforts sur la publication d’articles scientifiques.
Les projets de collaborations industrielles avec le PIMM sur ces thématiques sont de plus en plus nombreux. Un exemple marquant est le financement d’une thèse par LafargeHolcim sur la fabrication additive grande échelle en partenariat avec le PIMM et les Ponts et Chaussées, dès octobre 2015. Nous espérons pouvoir développer d’autres actions semblables au cours des prochains mois.
Dans le cadre de l’AAP organisé par l’institut Carnot ARTS, nous venons également de déposer un projet avec l’ENSCI-Les Ateliers dans le but de développer la fabrication additive à grande échelle à base de matériaux thermoplastiques, dans la lignée de DEMOCRITE.

Enfin, mon projet scientifique futur consistera en un approfondissement de notre compréhension des liens entre microstructure, morphologie structurale, propriétés des matériaux et procédés de mise en œuvre et d’architecturation de la matière à toutes les échelles, du nano au macro, notamment via le développement d’outils de modélisation numérique multi-échelles dédiés.

Image : Elément de structure multifonctionnel imprimé en béton réalisé dans le cadre du projet DEMOCRITE, financé par HESAM Université, piloté par Justin Dirrenberger (MCF Cnam, chercheur au laboratoire PIMM). Projet réalisé par Clément Gosselin* dans le cadre de son diplôme à l’ENSA Paris-Malaquais, avec l’aide de Philippe Roux, Romain Duballet et Nadja Gaudillière, sous la supervision de Philippe Morel et Jean-Aimé Shu. (crédit photo : Nikolaz Le Coq).

* aujourd’hui architecte chez XtreeE (http://www.xtreee.eu/)