Bill Curtin: « Je souhaite qu’il y ait un partage actif des idées entre professeurs »

Arrivé de Brown cet été, le nouveau directeur de l’Institut de Génie Mécanique Bill Curtin est un polytechnicien accompli. Physicien de formation, il a tutoyé durant sa carrière tant la mécanique que la science des matériaux. Son objectif : encourager les synergies au sein de son institut et prendre des risques.

Se restreindre à une seule discipline ? Telle n’est pas la devise de Bill Curtin, nouveau directeur de l’Institut de Génie Mécanique (IGM) de l’EPFL. Fervent défenseur de la multidisciplinarité, il déclare: "Lorsque l’on se plonge dans une discipline qui n’est pas la nôtre, nous avons un regard différents de celui des spécialistes, ce qui permet de faire émerger de nouvelles idées." Un principe qu’il n’a cessé d’appliquer durant sa carrière et dans le cadre de ses recherches, qui portent sur la modélisation multi-échelle de divers problèmes en mécanique, comme les phénomènes de fracture et de fatigue des matériaux.(voir description technique plus bas)

 De Brown à Virginia Tech, en passant par BP

Son parcours montre d’ailleurs qu’il a toujous été enclin à la multidisciplinarité. Après avoir obtenu  un BS et un MS en physique à l’Université Brown, puis un Ph.D en physique théorique à l’Université Cornell, Bill Curtin quitte le monde académique pour celui de l’industrie, et se joint durant sept ans au groupe de physique appliquée de la compagnie pétrolière BP (British Petroleum). Le physicien travaille alors sur le stockage de l’hydrogène dans des alliages de métaux amorphes et sur la mécanique des composites renforcés aux fibres, pour permettre le développement de matériaux améliorés (plus légers, plus résistants, etc.). Il retourne ensuite dans le monde académique, et pose ses valises à Virginia Tech, où il occupe durant cinq ans un poste de professeur rattaché cette fois à deux départements d’ingénierie : la  science des matériaux et le génie mécanique.

Puis, en 1998, c’est le retour à Brown dans le groupe de la mécanique du solide. «Brown jouissait d’une réputation internationale dans cette discipline. C’était le meilleur endroit pour le type de recherches que je voulais mener», explique le professeur. « J’avais étudié les phénomènes de fracture et de fatigue des matériaux situés à l’échelle de l’atome et du quantum -la plus petite mesure indivisible- durant ma formation universitaire, et je disposais d’une solide expérience de modélisation des  composites à l’échelle du continuum- ou à l’échelle macroscopique- grâce à mon passage à BP. A Brown, j’ai pu mettre ces compétences en rapport et m’atteler à la modélisation multi-échelle de divers phénomènes. »

Analyser, prédire et créer

Bill Curtin se focalise alors sur trois axes de recherche principaux, mêlant la physique, la science des matériaux et le génie mécanique. Il essaie d’une part de comprendre la déformation, la fatigue et la fracture des matériaux, et d’autre part, d’améliorer les matériaux existants. Enfin, il cherche à prédire les propriétés de nouveaux matériaux-alliages de métaux et matériaux composites formés de nanotubes de carbone-.

1.Fatigue et fracture

« Les phénomènes de fatigue et de fracture sont visibles à peu près partout. Prenez un trombone, par exemple, explique le professeur. Si vous le pliez à de nombreuses reprises, vous remarquez qu’à l’endroit du pli, la matière devient plus terne, puis le matériau finit par se casser. Il y a d’abord fatigue du métal, puis fracture. Pour comprendre pourquoi le trombone s’est cassé, une approche multi-échelle est nécessaire. Il est important non seulement d’étudier le phénomène à l’échelle continue -ou macroscopique-, mais aussi d’analyser le comportement des atomes à l’endroit de la cassure», dit-il.    

"Ces nouveaux matériaux nanocomposites pourraient être utiles pour construire des moteurs à réaction ou pour concevoir le bord d’attaque des ailes des avions à grande vitesse, où la chaleur est intense."

2.Améliorer les matériaux

En parallèle, le professeur Curtin étudie la possibilité de simuler la création de nouveaux matériaux et de prédire de manière précise la solidité de la nouvelle matière, ainsi que le moment où elle va se briser. « On pourrait appeler ça « computational alchemy » ou modélisation informatique de l’alchimie », explique le professeur. « En somme, nous visons à améliorer les matériaux existant, en étudiant des questions telles que : En ajoutant un  élément du tableau périodique à de l’Aluminium, peut-on rendre la matière plus solide, sans altérer sa capacité à se déformer facilement pour adopter des formes complexes ? » Cette recherche est soutenue par le constructeur automobile General Motors, qui serait très intéressé à utiliser un tel matériau pour la production de portes, capots et d’autres éléments d’un véhicule.

3. Créer de nouveaux matériaux pour l’industrie aérospatiale

Enfin, le nouveau directeur d’IGM travaille à l’élaboration et au contrôle du comportement de nanocomposites -assemblage de matériaux au niveau nanométrique- à base de nanotubes de carbone, des éléments extrêmement solides. « La question est de savoir si  les propriétés de ces nanotubes permettront d’obtenir des matériaux plus résistants. Actuellement, ces nanocomposites n’existent pas encore. Il s’agit donc, par un travail théorique, de simuler  le comportement de ces nanomatériaux, afin de fournir des stratégies possibles aux scientifiques du domaine expérimental, et leur permettre de créer une nouvelle matière. »
Quant aux applications possibles, elles sont multiples. « Le travail que nous effectuons au niveau nanométrique pourrait déboucher sur l’apparition de matériaux résistants à de très hautes températures. Cela serait utile pour l’industrie aérospatiale, pour construire des moteurs à réaction ou pour concevoir le bord d’attaque des ailes des avions à grande vitesse, où la chaleur est intense.»

Une nouvelle approche

Ses recherches, Wiliam Curtin ne les a pas laissées à Brown, elles vont continuer à l’EPFL. « Le groupe avec lequel je travaillais aux Etats-Unis va bientôt venir me rejoindre. » Le Professeur va par ailleurs se lancer dans  un nouveau domaine de recherche, avec l’idée de combiner modélisation informatique et mécanique appliquée pour influencer et contrôler différentes réactions chimiques, par exemple, pour la création ou la conversion de carburants.

En tant que directeur de l’Institut de Génie mécanique, Bill Curtin entend par ailleurs fortement encourager les interactions entre les laboratoires, en mettant l’accent sur les problématiques liées à l’énergie- émission, conversion et management-, un domaine où l’institut dispose déjà de très grands atouts. « Je souhaite que le corps professoral collabore et qu’il y ait un partage actif des idées, afin que de nouveau concepts puissent prendre forme», déclare-t-il. « L’EPFL est un endroit très stimulant avec des ressources permettant aux chercheurs en ingénierie de viser et d’atteindre des buts qui relèvent du défi. »

Laure-Anne Pessina