Les procédés de fabrication additive ont connus un fort essor dans les dernières décennies et entament aujourd'hui leur phase d'industrialisation pérenne. L'industrie, dans un souci d'améliorer sans cesse le ratio masse/rigidité des systèmes qu'elle produit (notamment l'industrie aéronautique), a pris conscience du potentiel de ces technologies à produire des structures plus complexes que les procédés classiques. Elle cherche aujourd'hui à tirer profit de ce potentiel pour alléger encore plus les pièces produites en utilisant notamment des géométries de type réseaux ou alvéolaires (Lattice en anglais). Les travaux présentés dans ce manuscrit ont pour but de proposer une méthodologie, des modèles et des outils permettant la conception, le dimensionnement et l'optimisation de telles structures en vue de leur fabrication par procédés additifs. Le framework proposé peut être résumé par les huit étapes ci-dessous:- Importation de l'espace de conception, comprenant également les cas de chargement.- Optimisation topologique sur l'espace de conception.- Reconstruction de la géométrie, appelée primitive, qui servira de support à l'insertion du réseau.- Calcul par éléments finis qui peut être réalisé pour s'assurer de la bonne tenue mécanique.- Définition de la topologie du réseau, par l'intermédiaire d'un graphe 3D.- Déformation du réseau et optimisation mécanique du réseau.- Reconstruction des volumes.- Préparation des fichiers de données et impression 3D. / Additive manufacturing processes have been quickly growing those past decades and are now getting to their sustainable industrial. Industry has been caring about the mass to rigidity ratio of the structures it produces (especially in aeronautics), and is now acknowledging the potential of additive processes to produce more complex shapes than classical processes. Industry is now trying to take advantage of this potential by designing highly complex structures like lattices or metal foams. The work that is presented in this document propose a methodology, models and numerical tools allowing the conception, dimensioning and optimization of such structures through additive manufacturing. The proposed framework can be describe through the height following steps:- Importing the design space and the technical requirement (load cases).- Topology optimization of the design space- Geometry reconstruction to create a primitive which will be the lattice insertion area.- Finite elements computation to ensure that the structure meets the requirements.- Lattice topology definition using 3D graphs.- Lattice deformation and optimization.- Creation of the volumes around the lattice.- Printing file creation and 3D printing.

L’objectif de cette thèse est de contribuer à la détection de défauts dans des pièces réalisées par le procédé de fabrication additive de déposition métallique par laser (DML), en vue d’un contrôle in situ. Le contrôle in situ envisagé porte sur les derniers cordons déposés par le procédé (acier 316L et Inconel 718), pour lesquels des porosités et fissures peuvent apparaître (~ 100 µm). L’inspection est effectuée par méthode ultrasons-laser (UL), c’est-à-dire tout optique et non intrusive (régime thermoélastique). Le procédé DML engendre une microstructure dite à gros grains et des rugosités de surface qui rendent le contrôle ultrasonore plus délicat. En effet, ces caractéristiques microstructurales provoquent la diffusion des ondes élastiques dans le milieu. Ce travail de thèse participe donc à la compréhension de ces phénomènes et de leurs influences pour mieux détecter des défauts subsurfaciques dont les dimensions sont proches des longueurs d’ondes acoustiques. Ainsi, l’inspection en surface a été optimisée par la conception d’un montage optique, permettant de favoriser la génération de l’onde de Rayleigh, par une ligne source laser fine (~200 µm) et présentant des fronts raides. En conséquence, le contenu spectral de l’onde a été augmenté vers les hautes fréquences, c’est-à-dire jusqu’à 10 MHz. La longueur d’onde de Rayleigh (λR) a pu être ainsi diminuée à une valeur proche de celle des défauts recherchés, de l’ordre de 700 µm. Ensuite, les limites de ce dispositif ont été mises en évidence sur des pièces fabriquées par le procédé DML. Ces pièces comportent des défauts usinés, des entailles et des trous génératrice dont les dimensions sont inférieures à λR, leur surfaces est rugueuse (diffraction multiple de l’onde de Rayleigh). Puis, l’inspection de défauts réels subsurfaciques est étudiée. Ces défauts sont créés soit par une variation d’un des paramètres du procédé, le hatch (distance inter-cordon), ou encore par l’utilisation d’une poudre métallique de mauvaise qualité. En dégradant volontairement ces paramètres, les échantillons présentent alors des taux de porosités (Φ) pouvant s’étendre de 0,5% à 10%. Enfin, deux méthodes de corrélations ont été exploitées pour discriminer les taux de porosités : à travers l’étude du degré de ressemblance et l’Analyse en Composantes Principales (ACP). La première méthode, simple et rapide à mettre en œuvre, ne permet cependant pas de distinguer les taux de porosités. En revanche, l’ACP indique qu’il est possible de discriminer tous les défauts. Pour finir, des tests préliminaires ont été effectués afin de montrer qu’il est possible d’effectuer des mesures par méthode UL sur surface rugueuse, tout en conservant un bon rapport signal sur bruit, et ce sans moyenner les signaux, au cours d’un déplacement robotisé. / This thesis contributes to the detection of flaws in laser metal deposition (LMD) additive manufacturing process samples towards an in situ control of the process. The in situ control foreseen concerns the last layers deposited by the process (316L and Inconel 718 steel) for which porosities and cracks may appear (~ 100 µm). The inspection is performed by laser-ultrasonics (LU), an all-optical and non-invasive technic. Experiments are conducted in thermoelastic mode. The LMD process gives rise to coarse grain microstructure and surface roughness, that make the control tricky. Indeed, those characteristics generate scattering elastic waves. Thus, this work contributes to the better comprehension of those phenomena and their effects of the detection on subsurface flaws which dimensions are close to the acoustic wavelength. Surface inspection has been optimized by designing an optical setup, improving the Rayleigh wave generation by using a thin laser line source (~200 µm). Hence, the spectral content has been increased until it reaches 10 MHz, that is to say a wavelength equals to 700 µm (λR). Then, the limits have been brought out through the inspection of LMD samples. Those samples include sided drilled holes and notches which dimensions are less than λR, on rough surface (multiple scattering of Rayleigh wave). Moreover, real subsurface flaws inspections have been studied. The flaws have been created by the instability of one of the process parameter: the hatch (distance between each layer), or by a bad powder quality. By intentionally deteriorating those parameters, the samples, then, have porosity rate (Φ) with ranging from 0.5% to 10%. Finally, two correlation methods have been studied to discriminate porosity rate: through the study of the normalized cross correlation function and by Principal Component Analysis (PCA). The first method, simple and fast to implement, does not allow distinguishing the porosity rates. Nevertheless, the PCA indicates that it is possible to discriminate all the flaws. Finally, preliminary tests have been carried out to show that LU measurements is feasible on rough surfaces, while keeping a good signal-to-noise ratio, without averaging, during an automated displacement.

Ce travail contribue à proposer des méthodes et outils de gestion des connaissances (Knowledge Management) propres au domaine de la Fabrication Additive (FA). Le modèle KAM(Knowledge Aided Manufacturing) permet de représenter visuellement les états et actions en lien avec les activités spécifiques à la Fabrication Additive. Il inclut plusieurs types d’objets de connaissance dont le niveau de maturité dépend du degré de certitude ou conviction des experts FA interrogés individuellement et/ou collectivement.Plusieurs techniques et outils d’élicitation personnalisés sont testés puis éprouvés auprès de chercheurs et d’experts industriels impliqués dans la fabrication EBM. L’analyse en termes de connaissances procédurales et déclaratives qui en résulte permet une classification puis une structuration dans le KAM. Ceci nous amène à construire une ontologie sous forme de graphe conceptuel dont la dynamique varie en fonction de contraintes contextuelles (influences, règles d’état, lois) imposées par l’état du monde et de règles d’action dictées par le processus de FA à suivre.Ces éléments de connaissance ont pour but d’aider un utilisateur de FAAO (Fabrication Additive Assistée par Ordinateur) à : mieux appréhender le monde de la FA et en apprendre les principaux concepts ; simuler des actions et en évaluer les impacts en termes de valeur QCT (Qualité, Coût, Temps); décider et agir en conséquence avant de lancer une fabrication. / Additive Manufacturing (AM) has enabled the building of parts with new shapes and geometrical features. As this technology modifies the practices, new knowledge is required for designing and manufacturing properly. To help experts create and share this knowledge through formalization, this research work focuses on knowledge elicitation, analysis and structuring. After defining knowledge concepts we present the SoA in knowledge elicitation and classification. Three case studies present different approaches to capture AM knowledge. The first one points out the assets and limits of three individual elicitation techniques. The second one describes tools and techniques to elicit and structure knowledge about support structures for EBM parts. The last one proposes a method to model AM process rules in relation with EBM technology. As a conclusion, we provide some propositions and recommendations for a better elicitation and formalization of AM knowledge.

La micro extrusion (ou DIW) est une technique de fabrication additive basée sur le dépôt continu de filaments couche par couche. Utilisée pour l'impression de structures poreuses, le DIW de céramiques denses et résistantes reste un défi. L'avantage du DIW réside dans sa capacité à produire des composites, offrant la possibilité de combiner la mise en forme complexe à un contrôle microstructural et fonctionnel précis de matériaux bioinspirés par exemple.Notre travail se concentre sur l'utilisation de gels de boehmite, un précurseur d'Al2O3, en tant que matrice céramique pour obtenir différentes microstructures. Des légers changements dans la composition des gels conduisent à des microstructures et donc à des propriétés différentes. En combinant la polyvalence microstructurale de ces gels avec une maîtrise rhéologique, on peut imprimer des composites avec des propriétés mécaniques améliorées.L'impression de céramiques denses et résistantes passe par la compréhension des propriétés rhéologiques qui définissent une encre imprimable. Le vieillissement de la boehmite est idéal pour corréler les critères géométriques avec la rhéologie pour fournir un critère universel pour l'imprimabilité. Aussi, l'écoulement à l'intérieur des buses de DIW peut aligner des plaquettes d'alumine pendant l'impression. Ceci fournit à l'objet imprimé une ténacité à la rupture accrue dans la direction souhaitée, avec la possibilité de dévier la propagation de la fracture. Un objet peut ainsi être conçu avec précision, en alternant des couches denses et des couches tenaces pour combiner la complexité de la forme avec l'adaptation du comportement mécanique / Direct Ink Writing is an additive manufacturing technique based on continuous layer-by-layer filament deposition. Mostly used to print porous structures, DIW of dense and strong ceramic objects remains an open challenge. However, the advantage of DIW resides in its ability to print multimaterial objects, offering the possibility to combine complex shaping to precise microstructural and functional control, from bioinspired materials, to novel composite structures.Our work focuses on using boehmite gels for DIW, an Al2O3 precursor, as a ceramic matrix to obtain different microstructures. Very small changes to the gels composition lead to completely different microstructures and hence, functional properties. By combining the microstructural versatility of boehmite gels with an understanding of rheology, we are able to print micro and macrocomposites with enhanced mechanical properties. Printing dense and strong ceramic objects starts with understanding the rheological properties that define a printable ink. Boehmite suspensions were ideal to correlate geometrical criteria with rheology and surface tension effects to provide a universal figure of merit for printability. We take advantage of the flow behavior inside DIW nozzles to align alumina platelets during printing. This provides the printed object with increased fracture toughness in the desired direction, with the ability to deviate the fracture propagation perpendicularly to the printing direction. A single object can thus be precisely designed, alternating between dense, strong layers, and directionally tough, fracture deviating layers, to combine the complexity of the shape with the tailoring of mechanical behavior

Grâce à la fabrication additive, il est aujourd'hui possible de fabriquer de nouvelles géométries. Les perspectives offertes par les moyens de fabrications conventionnelles et additives sont très différentes. Des propositions de design très contraintes peuvent devenir beaucoup plus libres avec la fabrication additive. Cette liberté qu'elle offre fait émerger une multitude de possibilités. Dans ce manuscrit, nous nous sommes focalisés sur un type particulier de structures (les octetruss) ainsi que sur les moyens de fabrication EBM (Electron Beam Melting) de la société ARCAM. Les travaux présentés dans cette thèse ont été réalisés au sein des laboratoires G-SCOP et SIMAP ainsi qu'en partenariat avec l'entreprise POLY-SHAPE. Ce manuscrit est articulé autour de trois principaux points.Il s'agit tout d'abord de faire émerger des structures treillis lors du processus de conception. Pour cela, deux approches existantes sont détaillées. La première met en œuvre l'optimisation topologique et la seconde s'appuie sur le concept de matériau équivalent. Ensuite deux méthodologies permettent de faire émerger des zones dans lesquelles l'intégration de structures treillis est adaptée. La première consiste à réaliser les différentes zones en s'appuyant sur un champ de contraintes issu d'un calcul Eléments Finis, la seconde se base sur un résultat d'optimisation topologique pour établir les différentes zones. Cette seconde méthodologie est appliquée à un cas d'étude industriel.Ensuite nous étudions comment remplir les différentes zones avec des structures treillis adaptées en nous focalisant tout d'abord sur leur génération. Un accent particulier est porté sur l'intersection des différents barreaux par la mise en place de sphères. Une méthodologie permettant de générer des arrondis est également proposée. Une étude est menée sur l'ensemble des paramètres et informations à considérer pour intégrer une structure treillis à une zone donnée. Cette étude conduit à une proposition de méthodologie qui est appliquée à un cas d'étude industriel.Enfin, les aspects liés à la fabrication sont pris en compte. Pour cela, nous considérons différentes limites du moyen de fabrication EBM pour des structures treillis comme les dimensions maximales réalisables ou les problématiques thermiques. Une étude consistant à prédire la dépoudrabilité des pièces est réalisée. Enfin, des essais mécaniques sont effectués. Nos résultats sont comparés à ceux obtenus dans d'autres travaux. L'impact des arrondis sur le comportement mécanique d'une pièce est discuté. / Thanks to additive manufacturing, it is now possible to manufacture new geometric shapes. The prospects offered by the methods of conventional and additive manufacturing are very different. Highly constrained design proposals can become much freer with additive manufacturing. The freedom it offers brings forward a multitude of possibilities. In this manuscript, we focused on a particular type of structures (the octetruss) as well as the use of EBM (Electron Beam Melting) of ARCAM as a means of manufacturing. The work presented in this thesis was carried out in the laboratories G-SCOP and SIMAP as well as in partnership with the company POLY-SHAPE. This manuscript focuses on three main points.The first of which is the action of emergence of lattice structures during the design process. For this, two existing approaches are detailed. The first uses topological optimization and the second is based on the concept of equivalent material. Following these, there are two methodologies used to identify areas in which the integration of lattice structures is possible and appropriate. The first consists of creating the different zones by relying on a stress field resulting from a finite element calculation, the second establishes the different zones using a topological optimization result. This second methodology is applied to an industrial case study.Secondly, we study how to fill the different areas with appropriate lattice structures by focusing first on their generation. Particular emphasis is placed on the intersection of the various bars by the establishment of spheres. A methodology for generating rounded-shape is also proposed. A study is carried out on all the parameters and information in order to integrate a lattice structure to a given area. This study leads to a proposed methodology that is applied to an industrial case study.Finally, aspects related to manufacturing are taken into account. For this, we consider different limits of the EBM manufacturing and what they mean for lattice structures; such as maximum achievable dimensions or thermal problems. A study to predict powder removal in order to extract the fabricated structure is performed. Mechanical tests are carried out. Our results are compared to those obtained in other works. The impact of curve on the mechanical behavior of a product is discussed.

Accompagner l’intégration de la fabrication additive dans les grands groupes donneurs d’ordres devient crucial pour les sous-traitants. L’enseignement actuel des procédés et des règles de conception, limité à une vision techno-centrée, ne suffit pas pour projeter ses futures applications dans diverses industries telles que l’aéronautique, l’énergie, le médical, etc... D’un côté, les travaux sur la fabrication additive et les observations de terrain indiquent que les connaissances sur ses procédés, les matériaux et leur mise en œuvre sont régulièrement enrichies. D’un autre côté, les travaux de recherche en créativité montrent qu’il est possible de stimuler la capacité créative des individus pour les guider dans la génération d’idées et de concepts créatifs. Cette thèse explore alors un rapprochement possible entre créativité et fabrication additive, dans la perspective de proposer une méthode de créativité et des outils d’applications spécifiques au paradigme additif. Cette liaison vise à mettre en évidence des moyens de stimuler la créativité, dans le contexte spécifique de la fabrication additive. Cette approche a permis de faire émerger le rôle prépondérant des objets intermédiaires qui articulent les interactions entre plusieurs dimensions de la capacité créative : les motivations, les émotions, l’exploration des connaissances, l’alternance individu/collectif et l’organisation spatiale. Elle a aussi fait émerger le besoin de redéfinir les rôles de ces objets intermédiaires au regard de la fabrication additive. En ce sens, deux dispositifs opérationnels de stimulation, basés sur la manipulation d’objets tangibles, ont été conçus puis testés dans des contextes industriels. Les résultats expérimentaux montrent que l’exploration des connaissances matérialisées par ces dispositifs favorise la génération d’idées créatives qui peuvent ouvrir à de futures applications de la fabrication additive. Finalement, une méthode de Créativité par et pour la fabrication additive est proposée. Elle permet d’enrichir à la fois les pratiques méthodologiques des sciences de la conception et les pratiques opérationnelles sur deux terrains : celui de l’industrie de la fabrication additive et celui de l’innovation. / Emphasizing the integration of Additive Manufacturing (AM) into big industrial companies becomes crucial for subcontractors. Teaching additive processes and design rules is a techno-centric vision. It is not sufficient to project future applications of additive manufacturing in various industries such as aeronautics, energy, medical, etc. On one hand, the state of the art and field observations show that AM knowledge is steadily increasing. On the other hand, the state of the art about creativity shows that individuals creative capacity can be stimulated to guide them to the generation of creative ideas and concepts. This thesis then explores a possible linking between AM and creativity in order to propose a methodology and its application tools to stimulate creativity, in the specific context of additive manufacturing. This approach allowed us to bring out the major role of intermediate objects which articulate the interactions between several dimensions of the creative capacity: motivations, emotions, knowledge exploration, individual/collective work phases and spatial organization. It also highlighted the need for a new definition of intermediate objects’ roles regarding additive manufacturing. In this sense, we designed two operational devices, based on sensory manipulation of tangible objects, and tested them in real industrial contexts. Our experimental results show that the exploration of the knowledge embodied in these devices emphasizes the generation of creative ideas opening to potential applications of additive manufacturing. Finally, a model of Creativity Through Additive Manufacturing (CTAM) has been proposed. It enables us to contribute both to the methodological practices of design science and operational practices in two fields: the additive manufacturing industry and the field of innovation.

Les composites à matrice titane (CMTi) sont des matériaux attractifs pour des applications aéronautiques, en raison de leurs performances mécaniques à haute température et de leur faible densité. La difficulté d’usiner ce type de matériaux rend les procédés de fabrication additive intéressants pour la fabrication de pièces complexes en trois dimensions. Cette étude porte sur l'élaboration de composites à matrice titane par le procédé de fabrication additive par fusion laser de poudre projetée. Dans un premier temps, différents types de poudres- renfort et de préparations de poudre ont été utilisés pour faciliter la mise en œuvre du procédé additif, dans le but d’obtenir des microstructures homogènes. Dans un second temps, l’étude s’est concentrée sur le mélange Ti-6Al-4V / B4C formant des renforts TiB et TiC par voie in-situ dans une matrice de Ti-6Al-4V. Les mécanismes de formation des microstructures obtenues ont pu être expliqués puis une étude des propriétés mécaniques (dureté, module d’Young et comportement sous une sollicitation en traction à chaud et à l’ambiante) a été réalisée afin d’évaluer l’effet du renforcement sur les propriétés mécaniques du matériau. Parmi les résultats importants ce cette étude, la présence de taux de carbone élevés en solution solide dans la matrice de titane a été évoqué comme étant le facteur prédominant dans l'augmentation des propriétés mécaniques avec le taux de B4C. / Titanium matrix composites are attractive materials for aeronautical applications, mainly because of their superior mechanical resistance at elevated temperature, combined with a low density. The critical machinability of such composites makes additive manufacturing processes particularly adapted for building complex 3D shapes. This study has been focused on the Direct Metal Deposition (DMD) of Metal matrix composites. In a first step, various powders and powder blends have been carried out in order to facilitate the DMD process and to obtain homogeneous microstructures. Following this, Ti-6Al-4V / B4C powder blends, allowing to obtain TiB + TiC particles distributed in the Ti matrix were more specifically considered. Metallurgical mechanisms involved in the formation of microstructures were identified prior to an investigation on mechanical properties at ambient and elevated temperature for various DMD process conditions and particle concentrations. Among the most interesting results of this study, the influence of a high carbon content solubilized in the Ti-matrix was considered as a dominant factor to explain the evolution of mechanical properties with increased amounts of reinforcements.

La radiologie interventionnelle percutanée permet le diagnostic ou le traitement de tissus cancéreux grâce à l'utilisation d'aiguilles et d'un guidage par imageur. Bénéfique pour le patient, ce type de procédure clinique est en revanche complexe pour le radiologue. Afin de lui apporter une assistance et de contrôler l'aiguille de manière déportée, nous proposons dans ces travaux de réaliser des dispositifs robotisés compliants, donc monoblocs, et multi-matériaux en exploitant la fabrication additive multi-matériaux. Pour y parvenir, nous proposons plusieurs solutions pour réaliser les fonctions cinématique, d'actionnement et de perception. En particulier, nous proposons une nouvelle liaison compliante, la liaison HSC, ainsi qu'un nouvel actionneur pneumatique pour l'insertion d'aiguille. Nous démontrons finalement les apports de la fabrication additive pour la robotique médicale en combinant l'ensemble de ces solutions dans un dispositif assurant un contrôle à distance de l'aiguille. / Percutaneous interventional radiology permits the diagnosis or the treatment of cancer tissues thanks to the use of needles and imaging devices. Being minimally invasive, such procedures are beneficial for the patient, but for the radiologist, they are highly complex. In order to assist the physician and remotely control the needle, we propose in this work the design and the manufacturing of multi-material compliant devices by taking advantage of multi-material additive manufacturing. To perform the design of such device, we propose several solutions in terms of kinematics, actuation and sensing. In particular, we developed a new compliant joint, the HSC joint, as well as a new pneumatic actuator for needle insertion. In the end, we demonstrate in the thesis the contributions of multi-material additive manufacturing for medical robotics, by combining all those solutions into a single device that remotely controls both the orientation and the insertion of the needle

Les changements sociétaux tels que la personnalisation de la médecine, ainsi que la volonté de mieux comprendre la biologie de l’os modifie notre approche de fabrication des biomatériaux. Ces derniers se doivent ainsi d’être sur-mesure, c’est-à-dire capables de répondre à une problématique particulière. Ceci implique plus précisément dans le cas qui nous intéresse, à savoir l’os, la maîtrise de leur architecture et de leur comportement en milieu biologique (e.g., biodégradabilité).Malgré leurs atouts incontestables pour ce domaine, les biocéramiques en hydroxyapatite (HA) restent cantonnées à des usages modestes (e.g., comblement de petits défauts) ; en cause, des propriétés de biodégradation, d’ostéoconduction ou encore d’ostéoinduction souvent inadaptées aux problématiques contemporaines. Pour pallier ces limitations, nous avons entrepris deux voies de modulation des propriétés biologiques de l’HA, une voie « chimique », basée sur l’incorporation d’ions carbonate dans la structure apatitique, et une voie « procédé », reposant sur le potentiel de la fabrication additive.Des poudres d’hydroxyapatites phosphocalciques carbonatées (CHA) ont été préparées. Les ions carbonate pouvant occuper les sites hydroxyle et phosphate de l’HA, une méthode de quantification sélective du taux de substitution sur chacun de ces sites a été mise au point. Cette méthode spectroscopique novatrice ouvre de nombreuses opportunités d’études appliquées et fondamentales des CHA, abordées dans ce manuscrit, et constitue également un outil qui pourrait se révéler précieux dans l’optique de mise sur le marché de dispositifs médicaux en CHA (e.g., norme ISO).Basé sur une technologie de fabrication additive, un procédé de fabrication de biocéramiques d’architecture complexe, reproductible, flexible, fiable, de haute précision ( 5 µm) et peu coûteux, a été développé et optimisé. Cet outil de fabrication a été mis en œuvre pour répondre à des questions biologiques à finalité fondamentale et thérapeutique. / The current approach to produce biomaterials tends to evolve due to societal change such as the development of personalized medicine or the eagerness to better understand bone biology. Hence, biomaterials, which specifications depends of their intended applications, have to be custom made. For bone tissue engineering, this implies to control the scaffold architecture and behaviour in a biological environment (e.g., biodegradability).Despite their indisputable qualities, the use of hydroxyapatite (HA) bioceramics tend to be limited to basic applications (e.g. filling small defects) because of biodegradation, osteoconduction, or osteoinduction properties that do not match the actual needs. To exceed these limitations, we explored two modifications paths to tune HA biologic properties: a “chemical” approach based on incorporation of carbonate ions into apatitic structure, and a “process” approach, built around additive manufacturing singular potential.Carbonated phosphocalcic hydroxyapatites (CHA) powders were prepared. As carbonate ions may occupy HA hydroxyl and phosphate sites, a selective method to quantify their ratio in each site by IR spectroscopy has been developed. This innovative spectroscopic method opens numerous opportunities for applied and fundamental studies of CHA, but could also be considered as a precious standard for a future release of CHA medical devices (e.g. ISO norm).A cheap, flexible, robust and reliable manufacturing process based on an additive manufacturing technology has been developed and optimized, leading to the production of bioceramics with complex architectural features (accuracy  5 µm).This manufacturing process has been implemented in biological studies with fundamental and therapeutic purposes.

Dans le domaine de la fabrication additive plusieurs technologies cohabitent et présentent des maturités et des applications différentes : le lit de poudre, la projection de poudre et le dépôt de fil pour ne citer que les principales. Nous avons étudié, dans le cadre de cette thèse, la réalisation de pièces de grandes dimensions du domaine aéronautique en alliage d’aluminium, par technologie WAAM (Wire Arc Additive Manufacturing) robotisée. Cette technologie repose sur l’utilisation un générateur de soudure à l'arc, d’un système de protection gazeuse et d’un système d'alimentation en métal d'apport sous forme de fil. Pour répondre à cette problématique, plusieurs voies de recherche ont été investiguées. La première traitait principalement de la génération de trajectoires : Plusieurs expérimentations ont permis de montrer l’intérêt et l’importance de la génération de trajectoires et notamment la maitrise de l’orientation outil pour la fabrication additive de pièces complexes en étudiant le respect de la géométrie souhaitée. La seconde concernait l’étude de la santé matière des pièces fabriquées. Des observations au niveau de la microstructure, mais aussi des caractéristiques mécaniques ont permis de mettre en évidence l’influence des paramètres opératoires sur la qualité de la matière déposée. Enfin, la réalisation de pièces fonctionnelles dans le cadre d’un projet financé par la DGA/DGAC et dont les partenaires étaient : STELIA, CONSTELLIUM, CT INGENIERIE et l’Ecole Centrale de Nantes, a permis de mettre en avant l’intérêt du procédé pour la fabrication de pièces aéronautiques. Un élément de structure aéronautique composé de raidisseurs a été fabriqué avec le procédé WAAM sur un substrat double courbure en alliage aluminium. Les difficultés accrues de réalisation ont pu être levées par l'emploi de la méthodologie développée dans le cadre de la thèse. / In the field of additive manufacturing (AM), several processes are present and have different applications and levels of development: the main technologies are powder-bed based AM, powder projection and Wire Additive Manufacturing (WAM). We have studied, in this PhD work, the manufacturing of large scale components in aluminum alloy for aircraft industry with Wire Arc Additive Manufacturing (WAAM). This technology is based on a welding generator, a shielding gas protection and a feedstock (wire in this case). To solve this issue, several ways of research were investigated. The first one dealt with toolpath generation: several experiments have highlighted the importance of tool path generation and the tool orientation to manufacture complex parts and improve the part accuracy. The second one was about the validation of the material quality after deposit. Microstructural observations and mechanical tests have demonstrated the effect of process parameters on the deposit quality. Finally, in the context of a DGA/DGAC funded research project, whose partners were STELIA, CT INGENIERIE, CONSTELLIUM and l’Ecole Centrale de Nantes, the manufacturing of functional part in aluminum alloy has shown the interest of the process for aircraft industry. A structural component based on a double curvature geometry has been manufactured with WAAM. The methodologies developed in this PhD work have enabled us to solve the issues to manufacture that type of component.