Matériaux amorphes et simulation : l'art du désordre par Anne Tanguy

Anne Tanguy a toujours souhaité comprendre le monde qui l’entoure. En découvrant la physique, elle satisfait sa curiosité et décide petit à petit d’en faire son métier. Après le baccalauréat, la future membre du Laboratoire de mécanique des solides (LMS) s’oriente vers une classe préparatoire et vise l’École polytechnique. Au cours de son parcours d’ingénieur à l’X, ses professeurs de sciences des matériaux lui transmettent le goût de la physique théorique et de la mécanique. « C’est à ce moment que j’ai pris toute la mesure de notre ignorance, ce qui a ravivé mon besoin de savoir et de comprendre ». La jeune femme poursuit alors sa route vers la recherche, se lance dans un DEA de physique théorique à l’École normale supérieure (ENS PSL) puis dans une thèse de doctorat.

Elle s’intéresse alors aux systèmes désordonnés et aux frottements solides. « La notion de désordre évoque habituellement des problèmes ou de l’imprédictibilité. Dans mon domaine, il est synonyme de résilience », sourit la chercheuse. Forte de cette expérience et après une année de post doctorat, Anne Tanguy intègre l’université Claude Bernard Lyon I. « J’ai été recrutée en tant que maître de conférences pour travailler sur des simulations numériques de matériaux amorphes puis sur les propriétés mécaniques de ces derniers ».

Des matériaux simples et complexes à la fois

Mais que désigne le terme amorphe ? « Des matériaux solides dont les atomes sont assemblés de manière totalement désordonnée, sans régularité autre que leur distance interatomique moyenne. Ils sont assez répandus dans la nature ». Ces derniers présentent des comportements spatialement hétérogènes, difficiles à décrire mathématiquement à l’échelle des atomes. « Le contraste avec leur simplicité apparente est tel qu’on a envie de les apprivoiser pour qu’ils nous livrent leurs secrets », s’amuse Anne Tanguy.

Par ailleurs, la résilience est l’une des propriétés qui caractérise le mieux les matériaux amorphes. Lorsqu’ils sont soumis à des contraintes physiques, la dissipation de l’énergie est très localisée et ils peuvent en emmagasiner une grande quantité sans subir de déformation importante et irréversible. « Ils ne propagent donc pas facilement les mécanismes d’endommagement à grande échelle et résistent plutôt bien à la fissuration contrairement à l’image que l’on en a ». Les verres par exemple, sont des matériaux amorphes. Fragiles lorsqu’ils sont préfissurés, ils résistent mieux que les cristaux aux impacts de forte puissance. Il peut s’agir des verres de vitre bien sûr, mais aussi d’autres types, non transparents, comme les verres métalliques. Ces derniers sont moins conducteurs de chaleur que leurs cousins cristallins, et plus résistants à la déformation plastique. L’irrégularité induit par ailleurs un comportement apparemment amortissant, intéressant pour temporiser les vibrations de haute fréquence.

Imager les collectifs d’atomes

L’émergence de la simulation numérique à la fin des années 90 a ouvert la voie à des avancées majeures dans le domaine des matériaux désordonnés, en permettant notamment d’imager le comportement collectif d’un grand nombre d’atomes. « Grâce à elle, nous allons plus loin dans l’expérimentation, tout en ayant conscience qu’elle est perfectible et n’est pas un jumeau numérique de la réalité. C’est ce qui fait son charme », pointe Anne Tanguy. À l’interface de la physique et de la mécanique, la chercheuse développe ainsi des programmes de simulation. Elle s’appuie sur cet outil pour guider le regard des scientifiques et mettre en évidence les propriétés des matériaux amorphes : élasticité, réponse plastique, réponse thermomécanique et, plus récemment, conductivité thermique.

Aujourd’hui, après plusieurs années passées à l’Institut national des sciences appliquées (INSA) de Lyon, à la direction scientifique matériaux et structures de l’ONERA (où elle a contribué à la mise en place de l’Institute of Aeronautics and Astronautics) et après une mission au sein du ministère de l’Enseignement supérieur et de la Recherche, Anne Tanguy met son recrutement à IP Paris au profit de l’exploration des matériaux désordonnés.

Au niveau atomique tout d’abord, mais aussi en étudiant les lois qui régissent leurs comportements à plus grande échelle ainsi que l’allègement des structures architecturées et leur réponse mécanique pour l’aéronautique. « L’environnement est très dynamique ici, riche de nombreuses nationalités et points de vue. C’est particulièrement stimulant ! ».

Lien science – société

À propos d’Anne Tanguy

Diplômée de l’École polytechnique, Anne Tanguy a débuté sa carrière professionnelle en tant que maîtresse de conférences en physique théorique, où ses travaux portaient sur les lois de comportement des verres, avant de devenir professeure en mécanique à l’INSA Lyon en 2015. En 2020, elle est nommée directrice scientifique de la division Matériaux et Structures à l’ONERA. Après avoir passé quelques mois au ministère de la Recherche en tant que directrice adjointe du département Stratégie de la recherche et de l’innovation, elle rejoint le LMS et le M4S comme professeure à l’École polytechnique et doyenne du Bachelor.

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