Capteurs polymères intelligents imprimés en 3D pour la détection en temps réel de gaz toxiques et contraintes thermomécaniques en environnements à risque

Contexte

De nombreux environnements à risque, tels que les incendies, les sites industriels ou les espaces confinés, exposent les travailleurs et travailleuses à des conditions extrêmes combinant la présence de gaz toxiques invisibles (composés organiques volatils, CO, HCN, solvants et fumées), des températures élevées et des contraintes mécaniques importantes liées aux équipements et aux mouvements. La détection précoce de ces dangers constitue un enjeu majeur de santé et de sécurité. Or, à l’heure actuelle, il n’existe pas de capteurs flexibles et intégrables dans des vêtements ou des structures capables de surveiller simultanément l’exposition chimique, les contraintes mécaniques et les conditions thermiques en temps réel.

Les avancées récentes en fabrication additive, en matériaux polymères fonctionnels et en nanomatériaux offrent aujourd’hui une occasion unique de développer des capteurs intelligents, flexibles et intégrables dans des textiles techniques ou des structures légères. En particulier, l’utilisation de polymères piézoélectriques, d’élastomères conducteurs et de charges actives telles que les Metal–Organic Frameworks (MOFs) permet d’envisager des systèmes de détection multifonctionnels capables de répondre simultanément à des stimuli chimiques et mécaniques.

Objectif du doctorat

Ce projet vise à développer une nouvelle génération de capteurs intelligents imprimés en 3D, intégrables dans des textiles techniques ou des structures, capables de détecter en temps réel des gaz toxiques, des déformations mécaniques et des variations thermiques, afin d’améliorer la sécurité des personnes et la surveillance des environnements à risque.

Les étapes du doctorat seront donc de :

1. Développer des formulations polymères imprimables adaptées à la fabrication additive
2. Intégrer des charges fonctionnelles (MOFs, nanoparticules conductrices) dans les matrices polymères
3. Concevoir des architectures imprimées multi-matériaux avec zones sensibles localisées
4. Optimiser les procédés d’impression 3D (DIW, extrusion) et le contrôle de la morphologie
5. Étudier les propriétés électromécaniques, piézorésistives et piézoélectriques des capteurs
6. Évaluer la détection de gaz toxiques (VOC, CO, solvants, fumées)
7. Intégrer les capteurs dans des textiles techniques ou structures légères et valider leur durabilité et leur performance en conditions réalistes

Environnement

Au cours de ce doctorat, l’étudiant ou l'étudiante développera une expertise avancée en fabrication additive, en matériaux polymères fonctionnels et en systèmes de capteurs intelligents. Il acquerra des compétences recherchées en formulation d’encres imprimables, en nanocomposites polymère–MOF, en caractérisation électromécanique et en conception de dispositifs intégrés. Le projet offrira également une formation en innovation et transfert technologique, avec des opportunités de collaboration avec des partenaires industriels et de valorisation des résultats sous forme de brevets et de publications scientifiques.

Le doctorant ou la doctorante intégrera la Chaire de recherche du Canada en rhéologie des matériaux polymères, un environnement reconnu internationalement pour l’excellence de ses travaux en rhéologie avancée, en matériaux polymères fonctionnels, en fabrication additive et en développement de membranes et de systèmes intelligents, ainsi qu’en nanocomposites et MOFs. La Chaire dispose d’infrastructures de pointe comprenant des équipements de rhéologie avancée, des plateformes de transformation des polymères et d’impression 3D, ainsi que des outils de caractérisation complets. Elle bénéficie de collaborations industrielles dans les secteurs de l’énergie, du transport et des matériaux, ainsi que de partenariats académiques internationaux en Europe, en Amérique et en Asie. L’encadrement proposé est multidisciplinaire et offre un environnement scientifique stimulant à l’interface des matériaux, de la fabrication additive et de l’ingénierie des capteurs.

Impact attendu

Ce projet contribuera au développement de capteurs légers, flexibles et intégrables permettant une détection précoce des environnements toxiques et une meilleure surveillance des contraintes subies par les équipements ou structures. Il présente un fort potentiel d’innovation, de transfert industriel et de valorisation, avec des retombées directes pour la sécurité des travailleurs, travailleuses et des usagers en environnements à risque. La plateforme développée pourra également être étendue à d’autres domaines tels que les textiles médicaux intelligents, le monitorage structurel en aéronautique ou la surveillance environnementale.