Les progrès de la technologie et de la connaissance donnent l’opportunité de façonner de nouveaux matériaux et de mettre au point des procédés inédits, dans tous les domaines. Des conceptions et des fabrications innovantes, surprenantes, au point parfois de défier l’imagination…

Extraits du dossier à retrouver dans le magazine en-direct n°322.

Couper le son avec des bougies

Si la plupart des gens arrangent des bougies sur une table de Noël pour faire joli, à l’Institut FEMTO-ST on les dispose de manière à ce qu’elles arrêtent le son. L’expérience, aussi étonnante que concluante, a été menée par Vincent Laude, directeur de recherche CNRS à l’Institut FEMTO-ST, et David Röhlig, post-doctorant dans son équipe au département MN2S.

L’exécution en est très simple, mais correspond à une démarche théorique qui l’est nettement moins, derrière laquelle se cachent simulations numériques et calculs complexes.

Pour réaliser l’expérience, les chercheurs ont disposé côte à côte, et de manière à former un carré, une cinquantaine de bougies cylindriques ordinaires. En faisant passer des ondes sonores à l’intérieur du dispositif, ils ont constaté que certains signaux n’étaient pas restitués en sortie, qu’ils n’avaient pas non plus été absorbés, mais renvoyés : le dispositif fonctionne comme un miroir réfléchissant parfaitement les ondes acoustiques sur certaines fréquences, créant de larges bandes interdites.

« En physique, on sait depuis longtemps que certaines dispositions de matériaux, appelées cristaux phononiques, ou cristaux soniques, manipulent efficacement la propagation des ondes sonores. Les cristaux à bulles, des arrangements réguliers de bulles d’air dans l’eau qui bloquent complètement des gammes de fréquence exceptionnellement larges, sont particulièrement impressionnants. Mais ces structures restent de l’ordre de la théorie, tant leur mise en œuvre s’avère compliquée », explique Vincent Laude.

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Argile numérique. Composition : microrobots et capteurs optiques

Le développement de certaines activités industrielles nécessite des solutions non seulement performantes, mais aussi flexibles.

Une spécialité de la jeune société Phigi, créée en août 2025 après cinq ans d’incubation, et installée au pôle Numerica à Montbéliard (25).

Phigi conçoit et fabrique ce qu’elle nomme une « argile numérique », un matériau malléable au sens propre puisqu’il est capable de prendre n’importe quelle forme suggérée par un modèle numérique, dans le but d’établir des connexions entre des objets.

Ce matériau entre dans la catégorie « microsystèmes électro-actifs autonomes et de haute précision », selon une technologie révolutionnaire que la jeune spin-off issue de l’Institut FEMTO-ST est susceptible de décliner à de nombreuses applications.

Développée dans le cadre d’un partenariat industriel européen, la première concerne l’espace, et plus précisément les besoins de couplage entre les satellites, qui ne manquent pas de croître à mesure que le cosmos est investi : à la manière des autoroutes terrestres qui ont installé des relais en carburant afin de rendre possible la circulation longue distance, l’augmentation du trafic spatial nécessitera bientôt de telles connexions. Des opérations nécessitant flexibilité et précision, deux facultés apportées ici par des systèmes composés de dizaines de milliers de microrobots agglomérés entre eux.

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Matériaux intelligents créés et intégrés par impression 4D

Tous les adeptes de science-fiction, petits et grands, ont un jour été éblouis par les capacités d’un robot à se transformer en voiture amphibie ou en avion de combat. Dans la vie quotidienne, plus modestement, un canapé peut se changer en lit double en réponse à une pression exercée sur son dossier. L’impression 4D semble relier les deux mondes, en donnant à la réalité des allures de science-fiction.

Elle met en œuvre des matériaux intelligents, c’est-à-dire sensibles à des stimuli énergétiques comme la lumière, la température, l’humidité ou un champ électrique, pour donner à une structure la capacité de se transformer par elle-même, sans action mécanique ni intervention humaine.

Cette technologie promet des façades de bâtiments reconfigurables en fonction de la température extérieure, des robots capables de se reprogrammer selon les pièces à saisir sur une chaîne de montage, ou des prothèses auto-ajustables suivant la croissance d’un enfant.

Les matériaux intelligents sont développés depuis plusieurs décennies, mais leur couplage avec les procédés de fabrication additive, qui ouvre à une quatrième dimension grâce à l’intégration de ces matériaux dans des objets imprimés, n’émerge que depuis une dizaine d’années.

L’impression 4D repose sur des modèles numériques construits à base de voxels, autrement dit des pixels 3D, qui servent à représenter un objet sous forme géométrique et à concevoir, simuler et prédire le comportement des matériaux intelligents à l’intérieur de cet objet. Les modèles pilotent ensuite la fabrication additive de ces matériaux et de l’objet, dans une seule et même opération.

Technologie récente, l’impression 4D a aujourd’hui besoin de se structurer, de réunir les différentes disciplines indispensables à son développement, de fournir des démonstrateurs au monde industriel. En France, le Groupement de recherche (GDR) TRANS4M, labellisé par le CNRS début 2025, est chargé de relever ce défi. Il est piloté par Frédéric Demoly, enseignant-chercheur en mécanique à l’UTBM et à l’Institut universitaire de France (IUF) / laboratoire ICB, l’un des pionniers et des spécialistes mondiaux de l’impression 4D.

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Les hydrogels, capteurs flexibles ou pluie solide

Mis au point dès les années 1950, les hydrogels de synthèse ont donné lieu à des applications en médecine et en pharmacie avant d’investir d’autres domaines, de l’agriculture au spatial en passant par la robotique.

Les hydrogels sont constitués d’une matrice polymère² capable d’absorber puis de restituer de grandes quantités d’eau, représentant jusqu’à 90 % de leur volume total. Ces matériaux biocompatibles et non toxiques, réalisables en impression 3D, présentent des propriétés bien spécifiques de conductivité électrique, de résistance ou encore de flexibilité.

Enseignant-chercheur à l’UMLP / Institut UTINAM, équipe Matériaux et surfaces fonctionnels (MSF), le chimiste Florian Jurin élabore des formulations de manière à donner de nouvelles perspectives d’application à ces matériaux si particuliers.

Dans une recherche menée en collaboration avec Silvia Schintke à la HEIG-VD³, le chimiste a pour objectif d’ajuster les propriétés mécaniques des hydrogels pour augmenter leur conductivité électrique, en vue de réaliser des capteurs de contrainte flexibles.

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Briques métalliques : vers des matériaux biologiquement actifs

D’autres chercheurs de l’équipe MSF travaillent à mettre au point de nouveaux complexes organométalliques (associations métal/ligand) et de nouveaux matériaux aux propriétés anticancéreuses ou antibactériennes. « La compréhension de la réactivité des complexes constitue le cœur de nos recherches », expliquent les chimistes Lydie Viau et Isabelle Jourdain.

Dans le domaine du cancer, les travaux visent à créer de nouveaux complexes combinant plusieurs éléments métalliques afin d’obtenir un effet de synergie pour stimuler leur efficacité.

Les recherches se focalisent sur le platine, le fer et le cobalt, qui sont des métaux prisés pour leur activité anticancéreuse. L’activité biologique des complexes dépend aussi de la structure des ligands et de leurs interactions avec les métaux.

Les ligands étudiés ici sont des hétérocycles azotés, qui entrent dans la composition moléculaire de nombreux médicaments. « En collaboration avec des chercheurs de l’université du Havre spécialistes de ce domaine, nous leur apportons des modifications chimiques, par exemple avec un dérivé de la saccharine qui se révèle très intéressant ».

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Pommes de terre contre micropolluants

Si la nature est une source d’inspiration pour les chimistes, les PFAS⁴, elles, sont des molécules artificielles, créées par et pour l’industrie dans les années 1940, largement utilisées une décennie plus tard, et devenues tristement célèbres depuis quelques années. Grâce à leurs formidables propriétés antiadhésives et imperméabilisantes, et leur remarquable stabilité, les PFAS ont investi une foule de produits industriels et du quotidien, des textiles antitaches aux emballages alimentaires en passant par les cosmétiques et le matériel médical.

Mais on sait aujourd’hui la toxicité de ces molécules, qui sont non dégradables et bioaccumulables. Si on les trouve ainsi partout, dans l’air, les sols, les eaux, la chaîne alimentaire et dans nos organismes, les données sont encore lacunaires et les chercheurs se disent inquiets.

Dans cette grande famille de « polluants éternels », dont plus de dix mille substances sont connues sans que la liste soit exhaustive, le TFA, ou acide trifluoroacétique, est réputé pour être le plus simple et le plus mobile.

Depuis début décembre 2025 et la publication des résultats d’une étude menée par l’Anses⁵, il est aussi avéré que le TFA est présent dans 92 % des eaux du robinet en France. L’analyse de l’Anses portait sur six-cent-vingt échantillons d’eau prélevés sur l’ensemble du territoire. À l’UMLP / laboratoire Chrono-environnement, les chimistes Nadia et Grégorio Crini alertaient déjà ces dernières années sur la présence de PFAS dans les eaux du robinet et même dans les eaux en bouteille.

Non contents d’établir ce constat, ils ont mis à profit leur longue expérience du traitement des eaux usées au moyen de substances naturelles, pour trouver une solution. Ils ont ainsi identifié que la cyclodextrine, issue de la dégradation enzymatique de l’amidon de pomme de terre, est susceptible de piéger les TFA.

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Les vitrimères, de nouveaux maté­riaux réparables et recyclables

Au rayon des plastiques, les vitrimères sont de tout nouveaux matériaux très prometteurs à la fois pour leurs propriétés et pour leur recyclabilité. Inventés au début des années 2010 par le physico-chimiste français Ludwik Leibler, ce sont des poly­mères organiques qui peuvent être fabriqués à partir de déchets plastiques.

Les vitrimères présentent les mêmes propriétés viscoélastiques que le verre, et se façonnent comme lui à chaud. La structure interne des vitrimères est composée de liaisons moléculaires susceptibles d’être défaites puis refaites sous l’action de la température ou par voie chimique, et dans lesquelles il est possible d’interchanger des molécules. Ces liaisons particulières sont le secret de leur caractère réversible, leur donnant la possibilité d’être facilement réparés et recyclés.

Légers, résistants, insolubles, malléables, réparables, recyclables, peu coûteux, les vitrimères semblent présenter toutes les qualités pour concevoir de nouveaux composites, répondant aux exigences environnementales d’aujourd’hui. À l’UMLP / Institut FEMTO-ST, Vincent Placet veut ajouter une corde à leur arc en les fabriquant à partir de matières biosourcées et en les combinant à des fibres végétales, pour former des composites aux fonctionnalités avancées et permettant de répondre à une logique de circularité.

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Illustrations : Gwladys Darlot