Habilitation à Diriger des Recherches
Vincent LEGRAND a soutenu son HDR le 16 septembre 2016 sur le thème de “l’analyse des relations structure-propriétés des matériaux en conditions extrêmes”.
Les analyses en conditions extrêmes permettent de porter un matériau à analyser dans des conditions hors équilibre. Les propriétés du matériau sont souvent drastiquement modifiées et de nouvelles propriétés peuvent alors être étudiées. Ceci a souvent lieu lorsque le matériau est soumis à un environnement sévère de basse température couplé à une seconde contrainte tels qu’un champ magnétique intense, une irradiation lumineuse ou encore une contrainte de haute pression.Dans ces conditions extrêmes, le matériau subit des modifications structurales et électroniques importantes, induisant souvent l’apparition d’états métastables ou de transitions de phase. Il est alors très intéressant de comprendre le comportement des matériaux en conditions extrêmes pour optimiser les propriétés qu’ils possèdent en conditions normales de pression et de température, et ainsi permettre leur utilisation pour de nouvelles applications.
Les mesures en conditions extrêmes sont à la fois un challenge scientifique, pour comprendre les propriétés des matériaux, et également un challenge technique pour arriver à étudier le matériau dans des environnements sévères très particuliers. Ce double intérêt fait qu’aujourd’hui on note de plus en plus de publications autour de cette thématique. L’effort est maintenant porté pour repousser les limites instrumentales tant au niveau de l’établissement d’environnements extrêmes que des moyens de détection pour en faire l’étude.
Figure : Vincent Legrand effectuant une mesure par diffraction des neutrons à très haute pression et basse température, sur l’instrument D20 à l’Institut Laue Langevin (Grenoble).
Vincent Legrand, a effectué une thèse en physique et chimie des matériaux à l’Université Henri Poincaré Nancy 1 (2005) en « Cristallographie et photo-cristallographie haute résolution de matériaux à transition de spin : propriétés structurales, électroniques et mécanismes de conversion », où il a notamment décrit la structure et la distribution de densité électronique de plusieurs matériaux à très basse température (10 K) et sous irradiation laser. Il s’est ensuite orienté vers l’étude de complexes moléculaires à transition de spin sous haute pression (0.1 GPa) et basse température (120 K) durant son ATER à l’Université de Rennes 1 (2006) et en tant que Physicien co-responsable d’un diffractomètre neutronique à l’Institut Laue Langevin à Grenoble (2006-2008). Durant cette dernière période, il s’est spécialisé dans l’étude des matériaux en conditions extrêmes en réalisant, entre autres, des mesures sous très haute pression (7 GPa), à très basse (50 mK) et très haute (1000 K) températures, sous champs magnétiques intense (10 T) ou nul.
Recruté en septembre 2008 à l’IUT de Saint-Nazaire, il effectue ses recherches au GeM dans l’équipe Etat Mécanique et Microstructure des Matériaux (E3M). Ses projets de recherche actuels sont principalement axés autour de « l’analyse de la durabilité hygro-thermo-mécanique des matériaux composites sandwichs à haute température ».
En particulier, Vincent Legrand s’intéresse à la tenue au feu (à 750°C) de matériaux composites sandwichs à âme combustible en couplant des mesures expérimentales (cône calorimètre, DSC, ATG, micro-tomographie,…) et des développements numériques par éléments finis. Cette double approche expérimentale-modélisation permet une meilleure compréhension des processus physique, chimique et mécanique ayant lieu lors de la dégradation thermique. L’objectif étant de prédire le comportement du matériau en vue d’optimiser ses propriétés lorsqu’il est soumis à des conditions extrêmes d’utilisation (tenue au feu à 750°C + sollicitation mécanique + condition hygroscopique sévère).
Figures :
Le cône calorimètre ATLAS Cone2 utilisé dans l’équipe E3M du GeM et détail d’un échantillon de matériau composite sandwich en cours de combustion [figure de gauche].
Résultat d’une simulation numérique par éléments finis montrant l’évolution de la température dans le matériau après 30 secondes à une température de 750°C et sous sollicitation mécanique (les zones hautes et basses températures sont représentées respectivement en rouge et en bleu) [figure de droite].
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