Il y a dix ans, l’impression 4D était encore inexistante. Aujourd’hui, elle ouvre la porte à des créations autrefois réservées à la science-fiction en permettant la conception d’objets capables de se métamorphoser ou d’évoluer sans intervention humaine. Frédéric Demoly, chercheur en génie mécanique à l’ICB/UTBM, est un des pionniers qui transforment la fiction en réalité et hissent l’impression 4D au plus haut niveau scientifique. Sa récente nomination en tant que titulaire de chaire d’innovation au sein de l’Institut Universitaire de France (IUF) confirme cette avancée et souligne que l’impression 4D mérite d’être étudiée comme un domaine scientifique d’avenir.
Fonctionnement et matériaux innovants
C’est grâce à la manipulation des matériaux par impression 3D que les objets capables d’évoluer en forme ou en propriétés sont créés. Ces objets ne nécessitent ni capteurs, ni actionneurs, ni intervention humaine : ils réagissent aux stimuli énergétiques grâce aux matériaux réactifs dont ils sont composés. Parmi ces derniers figurent :
- Les polymères et alliages à mémoire de forme, capables de revenir à leur état initial après déformation
- Les hydrogels, qui peuvent se dilater ou se contracter au contact de l’eau
- Les élastomères aux comportements cristal liquide réversible
Selon Frédéric Demoly, le concept derrière l’impression 4D s’inspire de la biomimétique : il s’agit d’exploiter les changements d’énergie induits par la lumière, l’humidité, la chaleur… pour créer des objets évolutifs et adaptatifs à l’image de la nature.
Les innovations en matière d’impression 3D sont fréquentes en ce moment : découvrez une innovation pour éliminer les polluants de l’eau grâce à une structure 3D, des toilettes révolutionnaires ou encore cette mini-hydrolienne de rivière imprimable en 3D.
Enjeux interdisciplinaires
Le domaine de l’impression 4D se situe au croisement de nombreuses disciplines telles que la physique, la chimie, le génie des procédés, l’ingénierie, la robotique et la science des matériaux. La stratégie de recherche adoptée par l’équipe de l’ICB consiste à combiner différents types de matériaux pour obtenir un compromis intéressant entre capacités de transformation et robustesse mécanique.
Pour développer cette technologie de manière holistique, plusieurs éléments sont déjà en place, tels que des machines d’assemblage de matériaux, des logiciels de programmation et des outils de simulation. Deux demandes de brevets nationaux ont été déposées récemment, résultant de recherches financées par l’État dans le cadre du Programme d’Investissements d’Avenir et des Programmes et Equipements de Recherche Prioritaires (CNRS).
L’impression 4D a été inventée en 2013 aux États-Unis par des équipes du MIT et de l’Université du Colorado Boulder. A noter que l’impression 3D avait vu le jour trente ans plus tôt à l’Université de Lorraine en 1984. Frédéric Demoly entretient une étroite collaboration avec ces deux branches de recherche, formant un triangle solide et fructueux.
Cette coopération s’étend désormais à d’autres laboratoires et groupes de recherche internationaux.
- L’impression 4D ouvre la voie à des objets capables de se métamorphoser sans intervention humaine
- Les matériaux réactifs sont utilisés pour créer des objets qui répondent à des stimuli énergétiques
- Le domaine de l’impression 4D rassemble différentes disciplines scientifiques
De multiples applications possibles
Avec l’impression 4D, les applications deviennent infinies. Cette technologie permettrait par exemple de concevoir un vêtement de sport qui modifie ses propriétés en fonction de l’humidité ambiante, une voiture capable de se replier comme une canne télescopique lorsque libérée du poids de plusieurs occupants, ou encore un système d’administration de médicaments contrôlant intelligemment leur diffusion au fil du temps.
La nomination de Frédéric Demoly au sein de l’IUF représente une reconnaissance des risques pris dans la recherche depuis plusieurs années et témoigne de la confiance accordée à cette technologie pour répondre aux besoins futurs de la société. L’impression 4D est donc un champ d’exploration aux possibilités immenses, prête à apporter de nombreuses réponses aux défis et enjeux actuels.