Soutenance de thèse de Mathieu BILHERE-DIEUZEIDE

En ingénierie mécanique, l’allègement de pièces d’un système est une notion importante. L’objectif principal de réduction de masse s’accompagne d’une contrainte de maintien des performances mécaniques, garantissant le bon fonctionnement du système. Dans ce contexte, la bio-inspiration offre de nombreuses sources répondant à ce double objectif. En particulier, les os des endosquelettes sont des structures légères possédant une microarchitecture adaptée aux contraintes subies, maximisant ainsi leur résistance aux chargements mécaniques. Cette thèse est une contribution au développement de méthodes d’allègement de pièces mécaniques par bio-inspiration des os longs des endosquelettes. Dans un premier temps, un nouveau formalisme de définition des méthodes bio-inspirées est proposé améliorant la précision des allègements. Il permet également d’alléger une plus grande diversité de pièces. Dans un deuxième temps, une nouvelle méthode itérative est développée. Bio-inspirée de la formation de la cavité médullaire des os longs, elle permet la réalisation d’allègement plus conséquents, surpassant ainsi certaines limites des méthodes existantes. Dans un troisième temps, l’étudie du comportement mécanique de différents motifs d’allègement en fonction des paramètres des du champ des contraintes subi par la pièce est proposée. Cette étude permet de faire un pas de plus en avant dans l’optimisation bio-inspirée des structures. Ces travaux permettent l’amélioration et le développement de la bio-inspiration pour des problématiques d’allègement de pièces mécaniques. Enfin, des pistes complémentaires sont proposées afin de poursuivre l’exploration de l’allègement par bio-inspiration des os.

In mechanical engineering, mass reduction of mechanical parts within a system is an important issue. The main objective of mass reduction is accompanied by the need to maintain mechanical performances, to ensure that the proper functioning of the system. In this context, bio-inspiration offers numerous sources that satisfy this twofold objective. In particular, endoskeleton bones are lightweight structures in which the microarchitecture is adapted to the stresses they undergo, maximizing their resistance to mechanical loading. This thesis is a contribution to the development of mass reduction methods of mechanical parts using bio-inspiration from endoskeleton long bones. Firstly, a new formalism used in defining bio-inspired methods is proposed to improve the precision of mass reduction. It also makes possible to reduce the mass of a wider range of mechanical parts. Secondly, a new iterative method is developed. Bio-inspired by the formation of the medullar cavity of long bones, it allows a larger mass reduction, thus surpassing some of the limitations of existing methods. Thirdly, a study of the mechanical behavior of different mass reduction patterns as a function of the parameters of the stress field undergone by the part is proposed. This study represents a further step forward in bio-inspired structural optimization. This work has led to the improvement and development of the bio-inspiration for mass reduction of mechanical parts. Finally, complementary avenues of investigation are proposed for further exploration of mass reduction bio-inspired by bones.