Pour réduire l'impact environnemental des emballages, le papier apparaît comme une alternative crédible au plastique, étant un matériau biosourcé, recyclable et biodégradable. Différents procédés ont été développés pour conférer au papier des propriétés barrière. Néanmoins, l'augmentation de la rigidité des structures en papier est un enjeu car son procédé de fabrication ne permet pas d'obtenir des monocouches homogènes d'une épaisseur supérieure à 180 µm. De plus, cela réduirait la quantité de matière utilisée, et donc son coût. La solution envisagée dans ce projet pour répondre à cet objectif est la réalisation de structures architecturées par auto-pliage.
Des travaux préliminaires ont montré qu'il était possible de créer des plis et d'obtenir de telles structures après dépôt et séchage d'un hydrogel sur le papier, en s'appuyant sur les propriétés d'expansion hydrique des fibres papetières, et de retrait des hydrogels lors du séchage. Cette technique prometteuse permet de former des structures difficilement réalisables par des procédés mécaniques, tout en étant adaptable, à bas coût et en réduisant l'impact environnemental de la mise en forme. Ainsi, l'objectif de cette thèse est de comprendre et optimiser les mécanismes menant au pliage du papier après dépôt et séchage d'un hydrogel biosourcé. Pour ce faire, le projet s'articulera autour d'une caractérisation fine des deux principaux phénomènes physiques mis en jeu : (i) imprégnation du substrat papier par un hydrogel, et (ii) séchage et retrait de l'hydrogel amenant à la formation d'un pli.
Ces différents phénomènes sont caractérisés localement, à l'aide de systèmes modèles, et à l'échelle du matériau par de la microtomographie RX et des tests mécaniques. Pour ce faire, le travail s'appuie principalement sur les compétences du LGP2, laboratoire expert du papier, des hydrogels biosourcés et de leur mise en forme, et celles du 3SR, pour la caractérisation mécanique multi-échelles et des couplages multiphysiques des milieux hétérogènes, notamment fibreux, et l'imagerie 3D.
Les résultats obtenus permettent d'apporter des éléments fondamentaux pour la compréhension et la modélisation de l'imprégnation d'un gel dans un matériau fibreux, et sur le développement de contraintes induites par le retrait d'un hydrogel. Ils permettent également de faire des recommandations pour le transfert de cette technique vers les procédés industriels.
