Les procédés innovants représentent une véritable révolution des modèles de production, en permettant une production rapide et maîtrisée, très diversifiée et personnalisée, conforme aux attentes environnementales et sociétales. Par ailleurs, les performances des matériaux sont conditionnées par leur mode d’élaboration, c’est donc toutes les échelles de la matière qui doivent être investiguées à toutes les étapes de la vie des produits : de l’atome au méso… En effet, les premiers stades d’organisation de la matière conditionnent son état microstructural, puis, par voies de conséquence, sa morphologie. Des recherches sur la compréhension des modalités de cette organisation sont de nature à contribuer à l’optimisation des procédés d’élaboration, particulièrement les procédés de fabrication additive.

La structuration de notre Fédération permet de relever les défis scientifiques que suscite la maîtrise des propriétés des matériaux et des structures exposés à des sollicitations toujours plus complexes. La maîtrise du continuum matière-matériaux-élaboration-produit s’inscrit dans le périmètre d'IngéLySE car une stratégie scientifique est clairement orientée vers les procédés innovants. Il en résulte :

La maîtrise de ces procédés nécessite la compréhension simultanée des interactions entre les paramètres process et les mécanismes de transformation de la matière sous champs multiples (température, pression, champs électriques, hautes vitesses).

Cette stratégie de conception intégrée amont/aval matériaux-procédés doit permettre de limiter les rejets, les débris et les polluants. Il est possible aussi d’optimiser la consommation de matière première dans un contexte tendu sur l’accès aux matières essentielles comme les terres rares par exemple. On se trouve ici à l’intersection entre les préoccupations liées aux ressources en matériaux et leur mise en oeuvre dans un contexte industriel maîtrisé, fortement robotisé.

Ces développements seront accompagnés par une démarche de caractérisation in situ et de développement d’outils de diagnostic de l’évolution de la matière et de son environnement pour envisager une approche globale de l’élaboration. Les résultats de mesures in situ et diagnostic seront aussi de nature à alimenter le développement des outils de modélisation et de simulation, propres à participer à l’optimisation des paramètres d’élaboration.

Ainsi, l’Ingénierie continuera à fonder l’étude des procédés sur des approches multi-physiques des couplages qui caractérisent la complexité des phénomènes mis en jeux (Labex iMust). Ces couplages portent sur la nature des phénomènes étudiés - électromagnétique, électrique, thermique et mécanique (solide, fluide, poreux,…) –, sur les relations procédés microstructure-propriétés, sur les interactions fluide-structure ou rayonnement/matière …, ou encore sur la réactivité et les changements d’état. In fine, ces approches de modélisation conduiront au développement de l’élaboration numérique (virtual manufacturing et/ou virtual materials) tant attendue par les industriels pour anticiper l’optimisation des procédés et ainsi envisager le développement de nouvelles poudres et précurseurs allant jusqu’aux renforts composites structuraux, tout à fait stratégiques pour le site Lyon-St Etienne (plateforme Addifab par exemple).

Ce parti pris va dans le sens des collaborations existantes avec les industriels concernés (Chaire Hexcel par exemple).

La fabrication collective et l’architecturation locale, rencontrées dans la plastronique notamment pour les micro et nanosystèmes, offrent également une voie privilégiée d’optimisation des procédés (plate-forme NanoLyon).

Après avoir considéré les aspects élaboration des matériaux et des systèmes, il convient aussi de considérer la tenue en service-durabilité des matériaux et systèmes. Dans ce contexte sera considérée la multifonctionnalité des matériaux, qualifiée de couplage multi-physique, source d’effets de synergie majeurs, voulus ou subis mais qui en contrepartie abaissent significativement les performances des matériaux et qui requière une approche totalement originale.

Il est en effet démontré que les lois de comportement généralement établies sur la base de considérations purement mécaniques pour les matériaux de structure ne sont plus applicables. Ces effets de synergie peuvent être d’origine thermique, électrochimique, électrique,… Seule une approche systémique peut donner accès à ces dépendances multi-physiques, en mettant en place des approches duales sur la base de modèles numériques associés à des moyens expérimentaux dimensionnés spécifiquement. Le but ultime des travaux en matière de multifonctionnalité sera donc de définir des lois de comportement thermodynamiquement fondées, intégrant les paramètres mécaniques, physico-chimiques, électriques, … pertinents pour prédire la durée de vie des matériaux sous sollicitations complexes. A ce jour, les différents laboratoires des places de Lyon et Saint-Etienne, s’ils collaborent déjà entre eux à des degrés divers, envisagent d’aller plus loin encore dans la mutualisation des moyens, pour amplifier l’effet levier nécessaire à la compréhension des mécanismes d’endommagement des matériaux sous sollicitations complexes (interactions fluide-structure ou rayonnement/matière …).

La Fédération d’Ingénierie est pleinement actrice dans la définition de l’ « usine 4.0 » - usine éco-efficiente par nature et reconfigurable. Contributeur actif aux enjeux de l’environnement, IngéLySE se doit de favoriser l’intégration de l’empreinte carbone dans les démarches de conception que les industries mettent en oeuvre. Aussi bien dans l’analyse de cycle de vie des produits, intégrant la problématique du recyclage et préservation des ressources naturelles, que dans la mise en place de moyens de production éco-efficients via sa maîtrise des micronano-technologies au service du développement de capteurs – volet ‘Real-Time Capability’ -, et enfin dans le développement de la robotique - co-botique - mécatronique à la frontière avec les SHS et l’informatique.

L’Ingénierie se caractérisant par ses relations naturelles avec le secteur industriel, cette proximité lui permet d’intégrer dès les premiers stades de leur conception, la dimension applicative des matériaux et des systèmes. Dans ces conditions, les notions d’innovation, d’incubation et de pré-industrialisation (upscaling) se retrouvent dans les relations avec les acteurs des SHS, mais également dans la mise en commun, avec les partenaires industriels, de moyens technologiques et d’approches scientifiques sous la forme de plate-formes (AddiFab, AIP Primeca, SPS, Micro-Ondes, PLASTIPOLIS, AXELone), Labex/Equipex (Manutech, iMust), Open-Labs, Chaires industrielles, laboratoires communs (LUPPIAM, HUTCHINSON), ITE IDEEL,… qui constituent la base de ces relations pérennes.

Pour conclure, l’approche systémique de l’Ingénierie doit contribuer à la maîtrise de nouveaux procédés avancés d’élaboration, pour le développement de nouveaux matériaux, voire de nouveaux systèmes adaptés à l’objectif (Fit for purpose). Dans ces conditions, la communauté doit être capable d’appréhender des sollicitations de plus en plus complexes répondant aux enjeux d’intensification des procédés, de durabilité des produits et fonctionnalisation des systèmes en milieux sévères tels qu’envisagés dans les programmes Européens H2020 types NMP ou Fast Track to Innovation (FTI) par exemple.