Des chercheurs d’XLIM et de l’IRCER ont publié dans Nature Communications une méthode de conception de métamatériaux mécaniques dont les propriétés d’élasticité sont localement contrôlées, sans recours à l’optimisation itérative classique. Thomas Fromentèze (XLIM), Philippe Michaud (IRCER), Vincent Pateloup (IRCER) et Ali Hassny (IUT du Limousin) ont signé ces travaux, soutenu par le LabEx Sigma-Lim. Ils s’inscrivent dans le prolongement direct des travaux sur les métasurfaces morphogénétiques conduits à XLIM et en étendent les principes au domaine de la mécanique des milieux continus en collaboration avec l’IRCER.

Ces travaux reposent sur le développement d’un modèle génératif inspiré par la capacité d’auto-structuration du vivant, permettant l’émergence de structures satisfaisant des propriétés mécaniques localement prescrites.

Cette première animation présente la croissance d’une cape d’invisibilité mécanique. Son élaboration a requis le développement de nouvelles formulations de transformation spatiale adaptées aux tenseurs mécaniques d’ordre 4. Ces contraintes d’élasticité ont ensuite été satisfaites en faisant croître numériquement une architecture poreuse sur mesure, annulant les déplacements autour de la cavité centrale pour toute une variété de sollicitations mécaniques. La validation expérimentale a confirmé les prédictions du modèle et a établi un nouvel état de l’art en cohérence simulation-expérience sur ce type de problème.

Cette seconde animation présente une voie alternative d’application du modèle, dont la croissance est guidée cette fois par les champs de contrainte d’une structure sous sollicitation mécanique. Une simulation préliminaire de la structure homogène suffit à extraire ce champ et à amorcer la croissance d’une architecture poreuse, réduisant l’énergie de déformation de la structure finale. La simplicité de ce couplage rend la méthode applicable à une grande diversité de géométries et de configurations de chargement.
Ces deux approches rompent avec les méthodes d’optimisation classiques, qui requièrent une évaluation itérative des performances pour guider chaque mise à jour de la géométrie. Une fois le problème défini, le modèle génératif assure une croissance autonome : la structure s’auto-organise pour satisfaire les objectifs mécaniques sans boucle de convergence. Cette approche s’inspire ainsi du vivant, où des structures et fonctions complexes émergent par auto-organisation, sans qu’aucun calcul global ne vienne orchestrer leur développement.
L’IUT du Limousin a également joué un rôle central dans ces travaux. La démonstration expérimentale a été réalisée dans ses locaux lors du stage de BUT2 GMP d’Ali Hassny à XLIM, conduisant au développement d’une nouvelle SAE au département GMP. L’IUT a par ailleurs intégralement pris en charge les frais de publication.

Références
T. Fromenteze, P. Michaud, A. Hassny, V. Pateloup. Morphogenetic mechanical metamaterials: Emerging tensor properties from self-organized structures. Nature Communications, 2026.
Code source : https://github.com/thomasfromenteze/Morphogenetic_Mechanical_Metamaterials_2D
T. Fromenteze, O. Yurduseven, C. Uche, E. Arnaud, D. R. Smith, C. Decroze. Morphogenetic metasurfaces: unlocking the potential of Turing patterns. Nature Communications, 14, 6249, 2023.