Des motifs répétitifs pour former des structures gonflables complexes
À partir de deux membranes polymères soudées entre elles selon des motifs géométriques répétitifs, des scientifiques conçoivent des structures gonflables de plus en plus complexes et rigides. Publiées notamment dans les revues Soft Matter et Computer Graphics Forum, ces avancées pourraient trouver des applications dans le génie civil et la robotique souple.
Dans la nature, on retrouve un phénomène dit de morphogénèse biologique, qui est le fait que des systèmes vivants prennent une forme spécifique en contrôlant leur croissance. C’est par exemple le cas chez les végétaux lorsque les fleurs éclosent, ou lors de la formation des organes chez les animaux. Dans le cas d’une feuille, la morphogénèse biologique a lieu grâce à des différences de vitesse de croissance le long de sa surface. Cette non-uniformité influence en effet la courbure de Gauss, qui est le produit des courbures principales de la surface et permet d’expliquer pourquoi une feuille est frisée ou non. Inspirés par ce principe, des scientifiques reproduisent ce phénomène en trois dimensions avec des structures gonflables.
Ces recherches ont été menées par :
- Laboratoire Physique et mécanique des milieux hétérogènes (PMMH, CNRS/ESPCI - Paris PSL/Sorbonne Université/Univ. Paris Cité)
- Laboratoire Navier (CNRS/ENPC/Univ. Gustave Eiffel)
- Centre Inria de l’Université Grenoble Alpes
Un premier travail [1] exploite des réseaux de tubes pour imposer une croissance anisotrope de la surface permettant la formation de formes complexes, comme celles d’une selle de cheval ou d’un dôme. Il s’agit d’une nouvelle manière de mettre en forme la matière, qui n’est pas basée sur l’application de forces extérieures, mais sur une programmation de contraintes internes générées par la surpression.
Regroupés au sein du projet ANR Matériaux architecturés gonflables pour la conception de coques fonctionnelles (MatAIRialS), les scientifiques étudient les propriétés des différentes formes obtenues une fois le système gonflé, tout en cherchant à déterminer quels motifs de soudure donneront quelles formes. Leur dernière publication, dans la revue Computer Graphics Forum [2], montre de nouvelles formes plus complexes, qui sont cette fois basées sur des motifs provoquant une contraction isotrope du matériau. Ces travaux pourraient trouver à terme des applications dans le génie civil et la robotique souple.
© Emmanuel Siéfert, Benoît Roman et Arthur Lebée
Références
[1] Programming stiff inflatable shells from planar patterned fabrics.
Emmanuel Siéfert, Etienne Reyssat, José Bico, Benoît Roman.
Soft Matter 2020; 16 (34): 7898–7903.
https://doi.org/10.1039/d0sm01041c
Article consultable sur les bases d’archives ouvertes Arxiv et HAL
[2] Designing inflatable shells using unstructured meshes.
Siyuan He, Arthur Lebée, Mélina Skouras.
Computer Graphics Forum e70350. 2026.
https://doi.org/10.1111/cgf.70350
Article consultable sur la base d’archives ouvertes HAL