Laurent Daniel : caractériser et modéliser le comportement des matériaux

Au sein du GeePs (environ 250 personnels de recherche), Laurent Daniel participe au pôle « Électromagnétisme », l’un des quatre du laboratoire. Son groupe de recherche est spécialisé dans l’étude du comportement multiphysique des matériaux avec l’ambition de mieux prédire leur réponse lorsqu’ils sont soumis de façon simultanée à des sollicitations mécaniques, magnétiques ou électriques.

Modéliser pour mieux comprendre

« Les phénomènes de couplage multiphysique que nous étudions ont des origines complexes, expose Laurent Daniel. Ils représentent une nuisance lorsqu’ils dégradent les performances des dispositifs électromagnétiques. » L’un des enjeux de ces recherches consiste par exemple à quantifier les phénomènes d’hystérésis - c’est-à-dire la persistance d’un phénomène alors que disparaît la cause qui l’a engendré -, à l’origine de chutes de rendement dans les dispositifs de conversion d’énergie, comme les machines électriques. Mieux décrire le comportement des matériaux aide entre autres à réduire la masse et les pertes d’énergie. Les approches de modélisation à différentes échelles développées par l’équipe de Laurent Daniel font l’objet d’une contribution à un ouvrage collectif récemment édité.

« Il est aussi possible d’exploiter ces phénomènes de couplage multiphysique pour développer des dispositifs innovants. C’est ce que nous faisons avec les céramiques piézoélectriques ou les matériaux magnétostrictifs, que l’on désigne souvent sous le terme de matériaux actifs », complète l’enseignant-chercheur. Une des voies explorées est celle d’imprimer des matériaux architecturés pour favoriser le développement d’actionneurs ou de capteurs miniaturisés, avec un minimum de matière.

Interpréter la signature magnétique des pièces métalliques

L’autre axe de recherche de Laurent Daniel concerne le contrôle non destructif (CND) par méthodes électromagnétiques. « Le CND électromagnétique consiste à diagnostiquer l'état de santé des matériaux et des structures en mesurant et en interprétant leur signature magnétique. En développant des modèles prédictifs performants, nous espérons élargir le champ d’application de ces méthodes, qui intéressent quasiment tous les secteurs industriels. »  Le CND répond à des enjeux économiques mais aussi écologiques, en prévenant des incidents potentiellement critiques, ou en prolongeant la durée de vie opérationnelle des composants et des infrastructures en toute sécurité, plutôt que de les remplacer prématurément.

Pas de mauvais CarMA au GeePs

Les recherches de Laurent Daniel et de son équipe combinent modélisation et expérimentation. « Nous avons développé une plateforme spécifique au laboratoire, baptisée CarMA (Caractérisation des matériaux actifs), qui nous permet de soumettre des échantillons à des sollicitations multiphysiques et de mesurer leur réponse dans différentes configurations. » Ce dialogue permanent entre expérimentation et modélisation est au cœur de leur approche. « Ces mesures nous inspirent pour le développement de modèles de comportement, nous aident à identifier les paramètres de ces modèles, et fournissent les données indispensables à leur validation. Cette dimension expérimentale nécessite évidemment des moyens humains et financiers conséquents, mais elle est une connexion indispensable au réel. »  

Connecter recherche et industrie

« Les sciences de l’ingénieur sont naturellement tournées vers les applications et la richesse des partenariats extérieurs permet d’alimenter nos recherches », rappelle Laurent Daniel. Il a ainsi dirigé, de 2014 à 2024, la chaire de mécatronique automobile Forvia (ex Faurecia). Au-delà des remontées de problématiques de terrain utiles au travail de recherche, ce partenariat a offert à Laurent Daniel « des conditions de travail exceptionnelles, une grande liberté d'initiative et des moyens pour explorer des idées nouvelles et faire avancer les connaissances ».

Plus récemment, Laurent Daniel s’est tourné vers l’exploration de la « fatigue fonctionnelle » des matériaux actifs. « Souvent, nous savons fabriquer des systèmes opérationnels, mais leurs performances se dégradent avec le temps. » L'enjeu est donc de comprendre comment les propriétés des matériaux évoluent au gré de sollicitations répétées pour intégrer ces phénomènes dès les phases de conception et de fabriquer des systèmes plus durables, quitte à accepter parfois des performances initiales légèrement inférieures.

Paris-Saclay avant l’heure

La recherche n’est pas une vocation précoce pour Laurent Daniel. « Au cours de mes études d’ingénieur, j'ai rencontré des chercheurs qui m'ont transmis le goût du questionnement scientifique et du débat constructif avec des partenaires du monde entier. Cela m'a attiré et je ne l'ai jamais regretté. » Après une thèse qu’il soutient en 2003 à l'ENS Cachan (aujourd’hui ENS Paris-Saclay), il est recruté l’année suivante en tant que maître de conférences au département de physique de l'Université Paris-Sud (aujourd’hui Université Paris-Saclay), puis part, de 2011 à 2014, à l'Université de Manchester (School of Materials) en tant que Senior Research Fellow. À son retour du Royaume Uni, il devient professeur à CentraleSupélec. « À part quelques écarts, je suis donc un produit de l’Université Paris-Saclay, avant son existence », s’amuse-t-il.

Au service des sciences de l’ingénierie et des systèmes

Laurent Daniel dirige actuellement la Graduate School Sciences de l’ingénierie et des systèmes (SIS) de l’Université Paris-Saclay. Elle regroupe une soixantaine de laboratoires, environ 900 doctorantes et doctorants répartis sur quatre écoles doctorales, et près de 1 500 étudiantes et étudiants de neuf mentions de master. La principale mission de la Graduate School consiste à structurer et promouvoir les actions de recherche et de formation en ingénierie à l’Université. « Nous faisons le maximum pour permettre un travail coordonné et efficace, afin que nos collègues et nos étudiantes et étudiants se consacrent à l’essentiel de leurs missions : la formation et la recherche. De façon plus personnelle, ce travail m’offre une perspective unique sur la richesse et la diversité de l’Université Paris-Saclay. Il est aussi pour moi l’occasion de prendre ma part au bon fonctionnement de notre collectif. »

Le directeur de la Graduate School rappelle également que la France manque d’ingénieures et d’ingénieurs. À ce titre, il incite la nouvelle génération à s'engager pleinement dans cette voie. « L'ingénierie met la science au service d'applications concrètes, avec des défis majeurs à relever. Quant à la recherche, elle est un chemin passionnant pour qui veut tenter d’étendre le champ de nos connaissances », conclut Laurent Daniel.