Sébastien MannevilleProfesseur à l'ENS de Lyon au Laboratoire de physique de l'ENS de Lyon (LPENSL)

Sébastien Manneville, sonder la matière molle en mouvement

Spécialiste de la matière molle au Laboratoire de physique de l’ENS de Lyon (LPENSL, CNRS / ENS de Lyon), Sébastien Manneville explore ces matériaux aux propriétés déroutantes, capables de se comporter à la fois comme des solides et des liquides selon les contraintes qu’on leur applique. Professeur à l’ENS de Lyon, il développe des outils expérimentaux combinant des mesures mécaniques et de l’imagerie ultrasonore pour sonder leur comportement lorsqu’ils s’écoulent. Il suit leurs transformations au niveau mésoscopique, où s’organisent des structures de taille intermédiaire entre les molécules et le matériau lui-même.

Ses travaux mettent en évidence les phénomènes complexes, faits d’instabilités, d’hétérogénéités, de transitions hors équilibre, qui gouvernent la mise en mouvement ou la rupture de ces systèmes. La compréhension de ces mécanismes ouvre des perspectives dans de nombreux domaines, depuis les batteries solides jusqu’aux matériaux biosourcés, en passant par l’agroalimentaire ou le nucléaire, et pour la conception de matériaux optimisés plus sobres en ressources.

Mousse, dentifrice, gel ou yaourt : la matière molle est partout dans le quotidien, et pourtant ses propriétés restent mal connues. Après une thèse en hydrodynamique soutenue en 2000 à l’ESPCI, Sébastien Manneville s’oriente progressivement vers la matière molle et développe une approche expérimentale originale des fluides complexes. « Ce sont des matériaux dont on ne sait pas vraiment dire s’ils sont solides ou liquides. Selon les contraintes qu’on leur applique, il existe tout un éventail d’états intermédiaires ». C’est précisément cette transition, et les mécanismes qui la gouvernent, qui sont au cœur de ses recherches.

Le physicien s’intéresse au lien intime entre la structure de ces matériaux — faits d’assemblages désordonnés de polymères, de molécules tensioactives ou encore de colloïdes — et leur comportement sous contrainte. Lorsque l’on déforme ces systèmes, leur organisation interne évolue, ce qui modifie en retour leur écoulement. « Le fait que la déformation se couple à la microstructure, qui elle-même rétroagit sur l’écoulement, conduit à des phénomènes très riches. »

Pour accéder à cette physique, encore faut-il pouvoir l’observer. Les outils classiques ne donnent généralement qu’une vision globale, qui masque les phénomènes locaux. Sébastien Manneville a donc développé des dispositifs expérimentaux originaux, combinant des mesures mécaniques (contraintes, déformations, vitesses d’écoulement) et de l’imagerie ultrasonore, inspirée de l’échographie médicale. Cette approche permet de suivre en temps réel, à l’échelle de quelques dizaines de micromètres, la manière dont un matériau s’écoule ou se déforme. Elle donne ainsi accès à des phénomènes jusqu’alors invisibles, comme la coexistence de phases de viscosités différentes ou l’apparition de fractures.

Ces travaux ont notamment permis de caractériser des transitions solides-liquides de nature très différente : certaines sont très progressives quand d’autres sont beaucoup plus brutales. Autant de mécanismes essentiels pour de nombreuses applications. Des gels pour les batteries semi-solides aux matériaux biosourcés à base de cellulose, « l’une des questions est de savoir comment atteindre les meilleures propriétés avec le moins de matière possible », souligne le physicien. En apportant des outils pour décrypter des comportements mécaniques complexes, ses travaux contribuent ainsi à concevoir des matériaux plus efficaces et plus sobres.