Optimisation et fabrication de capteurs piézoélectriques innovants : une approche couplée entre modélisation mathématique et impression 3D
Le projet PonArcad (2026), porté par une équipe pluridisciplinaire au sein du laboratoire CERAMATHS, se déroule dans le cadre d'un Appel à projet action incitative (ARI) propre au laboratoire. Ce projet unit les expertises des départements DMATHS (modélisation mathématique) et DMP (fabrication expérimentale). Son ambition : concevoir des capteurs piézoélectriques aux géométries innovantes, comme des ponts ou des arcades, pour réduire la consommation de matière tout en optimisant leur efficacité électromécanique. Cette approche repose sur un couplage inédit entre modélisation théorique, simulations numériques (Python/COMSOL) et fabrication additive (impression 3D, découpe laser).
L’équipe, composée de cinq chercheurs, est répartie équitablement entre les deux départements. Mohammad Akil, Serge Nicaise et Matthias Täufer (DMATHS) se concentrent sur la modélisation, l’optimisation topologique et l’homogénéisation, tandis que Mohamed Benachour et Mohamed Rguiti (DMP) pilotent la fabrication et la caractérisation électrique des prototypes. Ce partage des rôles garantit une synergie optimale entre théorie et pratique.
Le projet s’articule autour d’un calendrier précis : les trois premiers mois de 2026 seront consacrés à l’élaboration des modèles théoriques. D’avril à juin, le DMP réalisera les premières simulations et fabriquera des prototypes. La seconde moitié de l’année sera dédiée à la comparaison des résultats expérimentaux avec les prédictions des modèles, ainsi qu’à l’optimisation des géométries, avant une finalisation par impression 3D.
L’originalité de PonArcad réside dans son approche intégrée, qui combine modélisation et fabrication pour créer une méthodologie reproductible. Le projet vise à comprendre l’influence de la géométrie sur les performances des capteurs, à identifier les paramètres clés et à développer des outils d’optimisation topologique simplifiés, applicables à d’autres matériaux ou dispositifs.
Sur le plan collaboratif, le projet s’appuie sur des échanges mensuels entre les deux départements et une collaboration internationale avec le laboratoire LabSIPE (Maroc). Ce partenariat, formalisé par une thèse en cotutelle, permettra d’explorer des applications avancées, comme l’utilisation de l’IA pour l’interprétation des données ou le test des capteurs en conditions réelles.
Les résultats attendus incluent le développement de modèles simplifiés, d’outils de simulation accessibles, et de prototypes optimisés, validés expérimentalement. Les avancées seront diffusées via des publications scientifiques et des conférences, renforçant ainsi les liens interdisciplinaires au sein du CERAMATHS. Ce projet pose les bases de futurs travaux ambitieux dans le domaine des capteurs piézoélectriques intelligents, alliant performance et durabilité.