Ses recherches, menées au laboratoire Navier (IP Paris), portent sur la rhéologie des suspensions colloïdales et non-colloïdales, ainsi que sur les approches de changement d’échelle pour les pâtes et matériaux hétérogènes. Il s'intéresse également à la modélisation macroscopique des matériaux hétérogènes, contribuant à des avancées dans les domaines des matériaux de construction et des fluides complexes. Il enseigne la mécanique des milieux continus, les fluides complexes et la rhéologie appliquée.
Xavier Chateau est également Directeur adjoint à la Recherche à l’École nationale des ponts et chaussées et dirige le Master "Materials Science for Sustainable Construction" à l’Institut Polytechnique de Paris.
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