Des chercheurs du Laboratoire des Solides Irradies – LSI (UMR CEA, CNRS, Ecole Polytechnique) et de Sorbonne Université ont développé, dans le cadre d’une collaboration internationale,une approche d’impression 4D permettant de fabriquer des microrobots magnéto-plasmoniques capables de se déplacer sous champ magnétique et de générer un chauffage localisé sous illumination proche infrarouge. Ce travail propose une nouvelle stratégie de dégivrage programmable, ciblé spatialement et déclenché à la demande, ouvrant des perspectives pour la gestion thermique en environnements extrêmes.
Le givrage constitue un défi technologique majeur dans de nombreux secteurs industriels : il peut réduire jusqu’à 80 % la puissance des éoliennes, retarder les vols aériens et menacer la sécurité de la navigation polaire. Les solutions actuelles – résistances chauffantes, sprays chimiques, grattoirs mécaniques – demeurent peu sélectives, car elles traitent uniformément l’intégralité d’une surface sans cibler précisément les zones givrées.
Figure : Le dispositif imprimé en 4D présente une forme fonctionnelle macroscopique (ici, un brise-glace) et des charges magnéto-plasmoniques alignées en chaînes. Le champ magnétique assure la locomotion (positionnement spatial) tandis que l’illumination lumineuse permet un déclenchement thermique (contrôle temporel de la vitesse de fusion).
Dans le cadre d’une collaboration internationale impliquant le LSI, Sorbonne Université et plusieurs partenaires européens, un procédé d’impression 4D a été développé pour fabriquer des microrobots multifonctionnels magnéto-plasmoniques. Ce procédé repose sur la synthèse de nanostructures en framboise, composées d’un cœur de magnétite (~75 nm) recouvert de nanoparticules d’or (~18 nm), qui s’auto-assemblent en chaînes alignées lors de l’impression par photopolymérisation (DLP).
Lors de l’impression par photopolymérisation (DLP), ces nanocharges s’auto-assemblent dans la résine photosensible en chaînes alignées sous l’action d’un champ magnétique généré par un réseau de Halbach intégré à l’imprimante (brevet CEA). Cette architecture confère ainsi à l’objet imprimé deux fonctionnalités couplées et indépendantes : une navigation autonome pilotée magnétiquement (rotation et translation contrôlées séparément) et un chauffage localisé par illumination proche infrarouge (852 nm), avec une efficacité de conversion photothermique de ~40 % et une température de surface dépassant 80 °C.
Comme démonstrateur, les deux équipes ont réalisé un mini brise-glace imprimé en 4D, placé sur une fine couche de glace à −5 °C. Sous illumination infrarouge, le dispositif a fondu la glace sous sa coque en moins de 5 minutes, puis a creusé un chenal en 12 minutes, guidé par un aimant permanent, avec une précision millimétrique. Les performances photothermiques sont entièrement préservées après cyclage thermique à −20 °C.
Cette plateforme représente une avancée majeure dans le domaine de la fabrication additive multifonctionnelle. Elle démontre pour la première fois l’intégration de stimuli magnéto-plasmoniques couplés au sein d’un unique objet imprimé en 4D, sans connexion filaire. Contrairement aux approches conventionnelles, ce système cible uniquement les zones givrées avec une précision spatiale et temporelle programmable, ouvrant des perspectives prometteuses pour la robotique souple en environnements extrêmes et la gestion thermique adaptative.
Référence
« 4D-Printed Magneto-Plasmonic Microrobots for Programmable Spatiotemporal De-Icing. », Advanced Functional Materials, 2026.
Collaboration
- Laboratoire de Chimie de la Matière Condensée de Paris (LCMCP), Paris, France.
- Department of Applied Science and Technology (DISAT), Politecnico di Torino, Torino, Italie.
- Laboratoire de Physicochimie des Electrolytes et Nanosystèmes interfaciaux PHENIX, Paris, France.
- Institut d’études avancées de l’université de Strasbourg (USIAS), Strasbourg, France.
- Direction des Applications Militaires, Le Ripault, Monts, France.
- Institut Universitaire de France (IUF), Paris, France.
Contact
- Giancarlo Rizza, Directeur de recherche CEA au LSI.