Rapport du comité d'experts

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1 Section des Unités de recherche Rapport du comité d'experts Unité de recherche : Laboratoire de Mécanique des Solides (LMS) - UMR 7649 de l'ecole Polytechnique février 2008

2 Section des Unités de recherche Rapport du comité d'experts Unité de recherche : Laboratoire de Mécanique des Solides (LMS) - UMR 7649 de l'ecole Polytechnique février 2008

3 Rapport du comité d'experts L'Unité de recherche : Nom de l'unité : Laboratoire de Mécanique des Solides (LMS) Label demandé : UMR N si renouvellement : 7649 Nom du directeur : M. Bernard HALPHEN Université ou école principale : Ecole Polytechnique Autres établissements et organismes de rattachement : CNRS Date(s) de la visite : février

4 Membres du comité d'évaluation Président : M. Pierre ALART, Université de Montpellier Experts : M. Ahmed BENALLAL, Laboratoire LMT, ENS Cachan M. Peter FRATZL, Max Planck Institut, Postdam Germany M. Philippe KAPSA, Laboratoire LTDS, Ecole Centrale de Lyon M. Jean SULEM, Laboratoire CERMES, ENPC Expert(s) représentant des comités d évaluation des personnels (CNU, CoCNRS, CSS INSERM, représentant INRA, INRIA, IRD..) : M. Jean-Dominique POLACK, CoNRS, Laboratoire LAM, Université Paris 6 Observateurs Délégué scientifique de l'aeres : M. Jacques DESRUES Représentant de l'université ou école, établissement principal : M. Michel BLANC, Ecole Polytechnique Représentant(s) des organismes tutelles de l'unité : Dominique LEGUILLON, CNRS 3

5 Rapport du comité d'experts 1 Présentation succincte de l'unité Effectif : 63, dont 4 enseignants-chercheurs, chercheurs 17 (dont 12 CNRS), soit 21 chercheurs C et E/C, 5 ingénieurs, 38 doctorants, 5 techniciens et 4 administratives. Il faut ajouter 2 émérites et 1 professeur honoraire (hors effectif) Post docs en cours : 7 Nombre de HDR : 14 (plus 3 parmi les émérites) Nombre de thèses soutenues : 38 et durée moyenne : 3,25 ans lors des 4 dernières années, nombre de thèses en cours : 38, taux d abandon : 7%, nombre de thésards financés : 100%, avec un grand nombre (12) de sources de financement différentes Nombre de publiants : 17/21 EC, C, soit 80 % des chercheurs et enseignants chercheurs, hors émérites 2 Déroulement de l'évaluation Le Comité d experts a reçu un mois avant la visite le dossier de contractualisation portant sur la demande de renouvellement de reconnaissance comme unité mixte de recherche (UMR CNRS). Ce document en un seul fascicule fut difficilement exploitable du fait, d une part d un fort mouvement de personnels durant la période écoulée et d incertitudes sur l effectif au 1 janvier 2009 et d autre part de lacunes quant à des données quantitatives dans les tableaux synthétiques. Lors de la visite la plupart des points ont été éclaircis et des compléments ont été utilement apportés quand ils ne rentraient pas dans les items des tableaux (statuts des personnels, confidentialité de travaux de thèses ). La visite s est déroulée sur une journée et demi avec audition de la direction, des tutelles, des personnels par catégories (chercheurs et enseignants-chercheurs, ITA, doctorants) et enfin des équipes et plateformes dans la configuration future. Le LMS au 1 janvier 2009 comportera toujours 5 plateformes techniques mais seulement 8 équipes au lieu de 11 précedemment. Les présentations furent de bonne qualité, quoique denses, équilibrées entre le bilan et les projets du futur contrat quadriennal. 3 Analyse globale de l unité, de son évolution et de son positionnement local, régional et européen Le Laboratoire de Mécanique des Solides de L Ecole Polytechnique reste l une des toutes meilleures unités de son domaine dont les travaux sont reconnus à l échelle nationale comme internationale. Il a pu conserver, malgré une baisse sensible de ses effectifs, notamment en personnels techniques, de fortes compétences, scientifiquement fondées, sur certains domaines traditionnels de l ingénierie, par exemple en géotechnique. Le LMS a par ailleurs développé des thématiques originales, certaines de longue date comme la mécanique de la rupture ou la fatigue des structures, d autres plus récemment comme la mécanique des systèmes du vivant. Pour ces développements le LMS a s est doté d un parc expérimental de premier plan d investigations multiéchelles, du kilomètre au micron, qui, d une part participe à son originalité dans l environnement national, et d autre part constitue un élément fédérateur irriguant d autres thématiques de l unité. Cette expertise en caractérisations expérimentales se double de capacités de modélisations bien maîtrisées aux échelles concernées et de compétences au meilleur niveau international en simulation numérique pour l identification des défauts et des comportements, l optimisation des structures, la maîtrise des procédés et l évaluation de la durée de vie des systèmes. L analyse équipe par équipe qui suit détaille cette appréciation en signalant cependant quelques lacunes, faiblesses ou fragilités, dont certaines seront reprises en conclusion. 4

6 La production scientifique est de qualité, avec un niveau moyen d un article dans une revue à comité de lecture par an et par chercheur et enseignant-chercheur, conforme à l appréciation qualitative de l unité comportant par ailleurs une majorité de chercheurs. Ce chiffre moyen cache cependant une certaine disparité et quelques situations critiques pour certains chercheurs. D autre part si le nombre global d Habilités à Diriger des Recherches est bon, certains chercheurs doivent être incités à soutenir rapidement une HDR afin d assurer la relève d encadrement après le départ en retraite de chercheurs séniors. Avec 1,5 doctorants par chercheur, le taux d encadrement de doctorants, assuré pour une part importante par des contrats industriels, est très bon, mais il convient de veiller à ce que les clauses de confidentialité n entravent pas un minimum de diffusion de résultats sous forme de publications à comité de lecture et ne pénalisent pas les meilleurs doctorants dans la poursuite d une carrière académique. Lors du prochain contrat le LMS va être de nouveau confronté au départ de nombreux personnels, tant chercheurs qu ITA. Le resserrement sur 8 équipes au lieu de 11 traduit pour partie seulement cette évolution, car certaines équipes restent encore sous-dimensionnées. Même dans cette configuration le futur de ses équipes est loin d être assuré. Le Comité d experts émet en particulier ses plus vives inquiétudes sur l avenir de l expérimentation multiéchelle - à laquelle a contribué la communauté francilienne à travers sa fédération de recherches - si le départ de deux de ses animateurs se confirmait. Au-delà d un choix organisationnel en petites équipes, qui peut trouver sa justification dans la nécessité de rendre visible certains chercheurs confirmés, le projet scientifique global est décliné en 3 thèmes centraux et des actions émergeantes (les échelles nanométriques et la mécanique des systèmes vivants). Le LMS dispose d indéniables atouts pour mener à bien ses projets, mais l orientation choisie, tant dans l organisation en 8 équipes, certaines sousdimensionnées, que dans le cantonnement de la biomécanique et des échelles nanométriques à des actions émergeantes, n exploite pas suffisamment les investissements déjà effectués tant dans l équipement expérimental que dans le recrutement de nouvelles compétences. Si le désengagement envisagé d une tutelle rend peut-être trop prudent, l affirmation d une politique scientifique forte est seule susceptible de conforter les différentes tutelles dans leur investissement, notamment à travers les recrutements programmés. 4 Analyse équipe par équipe et par projet Equipe 1 - Expérimentations et modélisations multiéchelles des matériaux Axes traditionnels et d avenir pour le laboratoire, les thèmes développés dans cette équipe composée de six personnes (venues de différentes composantes du laboratoire) ont pour but de relier les propriétés et réponses mécaniques des matériaux hétérogènes aux mécanismes élémentaires de déformation et d endommagement. Les enjeux scientifiques sont bien ciblés et la production scientifique de l équipe est bonne. Cependant, le départ annoncé de trois membres rend l avenir de cette équipe assez sombre. Une clarification des choses et le renforcement éventuel de l équipe sont donc urgents pour mener à bien les projets nombreux mais aussi de transférer et pérenniser un savoir faire qui a mis des années à être rassemblé, surtout d un point de vue expérimental où de nombreux outils sophistiqués doivent être impérativement maintenus et développés. Sans cette clarification, le comité d expert émet ses inquiétudes les plus vives quant à la poursuite des projets envisagés et la capitalisation des résultats obtenus à ce jour. Equipe 2 Problèmes inverses / identification / optimisation L équipe développe ses activités essentiellement dans le domaine de la simulation numérique avec des approches originales et sophistiquées, comme la sensibilité topologique ou les éléments de frontière par multipôle rapide. Développées en élastodynamique pour l identification de défauts, les méthodes d inversion sont susceptibles de généralisation en identification de comportement matériau ou à la thermographie infrarouge, dans le cadre plus général d exploitation de mesures de champs. La production scientifique est importante et d excellente qualité. La participation à la vie de la communauté scientifique nationale et internationale est intense avec l implication dans des GDR, ANR, écoles d été, organisation de conférences, comités éditoriaux, collaborations Les projets sont ambitieux avec un élargissement des applications en vibrations des structures, contrôle non destructif par mesures électriques, identification matériau. L équipe reste cependant petite et pourrait interagir plus fortement avec 5

7 d autres équipes du laboratoire, notamment E1 et E6. La réflexion sur le recours au calcul intensif doit prendre en compte les applications potentiellement exigeantes en masse et temps de simulation, et non seulement les potentialités théoriques des méthodes développées en termes de parallélisme ou d accélération. Equipe 3 Mécanique & micromécanique de la rupture La compréhension et la modélisation des mécanismes d endommagement et de fissuration à différentes échelles d observation constituent le thème central de recherche de cette équipe mêlant les observations physiques et la simulation numérique. Les études abordées sont d un très bon niveau mais la production scientifique doit être améliorée. Au vu de l effectif de l équipe et du départ annoncé de certains membres, le comité de visite suggère dans la mesure du possible son rapprochement avec l équipe E5 dont les thèmes de recherche et les applications visées sont relativement proches. Equipe 4 Dynamique Cette petite équipe développe de longue date une recherche dans le domaine de la caractérisation du comportement dynamique des matériaux par l'utilisation de la barre d'hopkinson avec cependant une production scientifique qui reste modeste. Au fil des années de recherche, l'équipe a su se forger une forte expertise sur cette technique et se doter des moyens nécessaires pour pouvoir couvrir en continuité le domaine des vitesses de déformation allant du quasi statique à des valeurs élevées. Ces moyens sont adaptés à divers types de matériaux métaux, béton, polymères, mousses, etc Cette équipe a réalisé des approches expérimentales supportées par des modélisations afin de maîtriser parfaitement cette technique avec toutes ses subtilités, grâce a diverses collaborations. Les résultats obtenus jusqu'à présent sont intéressants avec des retombées notables pour l'industrie. Le programme proposé par le LMS inclue cette technique de caractérisation dans sa plateforme expérimentale de sollicitations mécaniques complexes. Un recrutement récent pourra permettre de pérenniser les compétences acquises malgré un départ en retraite prochain. Cette équipe proposée aura ainsi à développer son activité dans ce domaine tout en élargissant son champ de recherche en s'associant avec des collègues du LMS, probablement en intégrant une autre équipe pour former une composante plus importante. Equipe 5 Durabilité et fatigue des structures Cette équipe issue directement d'une composante précédente du LMS développe une recherche liée à la tenue, la durabilité et l'évaluation non destructive de l'état des systèmes mécaniques et des structures. Cette recherche s'est développée sur la base de concepts nouveaux (anciennement) en fatigue des matériaux grâce a des chercheurs très compétents et elle s'est toujours appuyée sur une très forte collaboration avec l'industrie. Ainsi de nombreuses approches couplées problème industriels / modélisation ont permis d'avancer fortement dans ce domaine. Le projet proposé vise à poursuivre les activités dans ce domaine. Les acteurs de cette équipe sont à la fois très compétents et très dynamiques, avec une production scientifique en terme d'articles et thèses très correcte. Il ne fait nul doute que cette équipe produira encore des résultats intéressants tout en entretenant des collaborations locales et extérieures déjà nombreuses avec de plus une interaction forte avec l'industrie. Elle constituera probablement un des piliers du LMS. Equipe 6 Sols, roches et ouvrages Ce thème de recherche est de longue date une des activités majeures du laboratoire. Cette équipe qui dispose d un très bon positionnement national développe des recherches de haut niveau qui répondent à des demandes sociétales importantes (stockage des déchets nucléaires) et apportent des outils scientifiques à des problèmes de l ingénieur dans le domaine de l énergie. L activité de valorisation est soutenue avec le dépôt de deux brevets mais le nombre de publications dans les revues internationales à comité de lecture doit être augmenté. Suite au départ de chercheurs et d ingénieurs, l équipe comporte dans sa configuration actuelle deux chercheurs et un ingénieur, ce qui est sous dimensionné compte tenu des objectifs affichés. En particulier l activité expérimentale originale et diversifiée qui est développée nécessite un renforcement des effectifs afin d assurer la pérennité des compétences et de ne pas perdre une expertise développée depuis plusieurs décennies. 6

8 Equipe 7 Multiéchelles, complexité et biomécanique L équipe utilise d abord des méthodes de physique théorique (modèles à réseau, thermodynamique hors équilibre) pour étudier des problèmes de fissuration, de transformation Martensitique, d alliages à mémoire de forme et autres. La production scientifique est excellente avec des publications à visibilité internationale. L interaction avec les autres équipes du LMS reste cependant relativement faible. Ensuite, la biomécanique est développée au sein de l équipe en tant que thématique nouvelle au LMS. Cette décision stratégique, faisant suite à une recommandation du comité de visite de l Ecole Polytechnique en 2005, renforce les activités du LMS et correspond à une tendance internationale dans ce domaine des sciences. Le LMS peut se féliciter d un très bon recrutement récent dans ce domaine. Les thématiques envisagées (mécanique de la cellule, contraction musculaire, modélisation des biomatériaux, etc) sont prometteuses, mais une focalisation sur quelques sujets clef semble inévitable, étant donnée la taille de l équipe. Le développement d une forte activité en biomécanique est confronté à un atout et à des défis. La compétence du LMS dans l approche multi-échelle tant en modélisation que dans la caractérisation expérimentale représente un atout majeur pour l`étude de biomatériaux, généralement à structure hiérarchique. Les défis se trouvent dans le besoin d une forte compétence en biologie et dans la nécessité de développer des méthodes de caractérisation adaptées aux biomatériaux. Ceci demandera un effort supplémentaire d investissement dans le personnel et dans l équipement. Dans ce contexte, l interaction avec une forte équipe E1 est essentielle, surtout si celle-ci peut étendre son activité vers les dimensions nanométriques. Une collaboration renforcée avec les laboratoires biologiques de l Ecole semble aussi une bonne stratégie. Equipe 8 Mécanique à l interface Homme-Machine L équipe est composée d un seul chercheur permanent, assisté d un technicien à mi-temps et de deux doctorants. Son activité est centrée sur l exploration des fonctions mécaniques et dynamiques des interfaces haptiques, et elle effectue des travaux sur la détermination des paramètres de ces interfaces par inversion. Cette orientation s explique par le fait qu elle est issue de l équipe E2. Les études récentes ont portés plus particulièrement sur : l analyse modale haute résolution, lors de fort recouvrement modal (moyennes fréquences), la mécanique de la touche de piano, le développement d une interface haptique. Ces travaux incluent une forte composante de valorisation puisque 2 brevets ont été déposés. Le bilan en terme de production scientifique est maigre, puisqu aucun article n a été publié dans une revue de rang A (deux soumis). L avis du comité d experts est donc réservé sur cette équipe, qui doit être soit renforcée soit regroupée avec une autre, et qui doit publier. La collaboration rapprochée avec des psychologues du geste humain est indispensable. 5 Analyse de la vie de l'unité En termes de management : Le Comité d experts tient à souligner l effort considérable d assainissement financier réalisé lors des deux derniers contrats quadriennaux par la direction actuelle. Ceci s est notamment traduit par une baisse importante des effectifs ITA qui a fragilisé certaines thématiques. La mutualisation des moyens, des ressources contractuelles notamment, a été intégrée par les personnels et a permis d atténuer les effets de la baisse des effectifs. La structuration en équipes et plateformes a participé de cette orientation, même si les manières de travailler entre équipes et plateformes n a pas réellement changé. La transparence dans la répartition des crédits doit encore progresser afin de garantir un certain retour des ressources contractuelles vers les équipes contractantes. Confrontée au renouvellement des cadres du LMS et notamment de sa direction, la tutelle Ecole Polytechnique a mis en place un Search Committee chargé de prospecter le recrutement de personnalités scientifiques de premier plan. Cette procédure dans laquelle le laboratoire n est que marginalement associé crée un malaise au sein de l unité en particulier chez les quadragénaires. Le Comité d experts émet un avis réservé, au vu des expériences passées, sur les conséquences de cette pratique consistant, dans le but d attirer des chercheurs de dimension internationale, à monter des modes de rémunération à sources multiples : poste CNRS complété par une position d enseignant à temps partiel à l Ecole. 7

9 En termes de ressources humaines : Au-delà de la baisse des effectifs mentionnée ci-dessus, le LMS est confronté à la diversité des statuts liée à la multiplicité des tutelles. Le flux d entrants par le CNRS est bon eu égard aux postes disponibles en section 9 ; le LMS a même bénéficié de coups de pouces ponctuels et de recrutements par anticipation. Le recrutement d un DR1 est par ailleurs espéré cette année. Cependant le laboratoire est aujourd hui fragilisé et le départ d un ou deux chercheurs dans un domaine clé serait très préjudiciable au développement du projet de laboratoire. Les personnels ITA ont quelques difficultés à accéder aux formations souhaitées pour différentes raisons, statuts, coûts. L absence d un réel plan de formation, associant aussi les chercheurs, amplifie ces difficultés. En termes de communication : Si le Conseil de Laboratoire semble jouer tout son rôle à travers des réunions régulières, le Comité des responsables d équipes et plateformes, réuni trop ponctuellement, ne constitue pas aujourd hui l organe de direction scientifique qu il devrait être. Un déficit de communication perdure entre les équipes, la direction de l unité et la direction de l Ecole, se traduisant par une certaine méfiance réciproque, les trois entités ne partageant pas nécessairement les mêmes objectifs et priorités. 6 Conclusions Points forts : Le LMS dispose de compétences de premier plan dans l investigation multiéchelle avec une cohérence entre moyens expérimentaux, de modélisation et de simulation. Son positionnement dans ce domaine est bien reconnu. Points à améliorer : Le LMS doit aller plus loin dans une structuration en un nombre plus réduit d équipes et faire toute sa place dans sa politique scientifique aux thèmes émergeant, l incitant par là-même à une ouverture sur son environnement scientifique, au premier rang desquels les physiciens des échelles nanométriques et les biologistes. La direction de l unité doit dynamiser la communication interne et le fonctionnement décisionnel en réactivant le comité des responsables d équipes et de plateformes et en améliorant la transparence des budgets. Recommandations : Conformément aux inquiétudes mentionnées ci-dessus, tout doit être mis en œuvre pour conserver les moyens humains autour de l expérimentation multiéchelle, dont les compétences actuelles sont le résultat d un investissement de longue haleine. C est une tâche essentielle des différentes directions, laboratoire et tutelles. Plus généralement, les équipes, la direction de l unité, celles de l Ecole et des autres tutelles, doivent s associer dans la définition d objectifs et d orientations réellement partagés, débouchant notamment sur des recrutements à venir satisfaisant ces objectifs. C est à cette condition que, dans le cadre de moyens forcément limités, pourra se développer le projet du laboratoire et émerger une nouvelle direction de laboratoire dans les très prochaines années. 8

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