ENS Lyon CNRS UCBL Rides
Laboratoire de Physique
ENS de Lyon - UMR 5672

Adresse:
Laboratoire de
Physique
ENS de Lyon
(UMR CNRS 5672)
46, allée d'Italie
F69007 Lyon, France
tel: +33 47272 8000


Directeur :
Thierry Dauxois



Mise à jour :
04/2014
Coordinateur Web :
Nicolas Garnier
Conception site Web :
Louis Gostiaux
Experimental physics and modelling seminars


Seminars usually take place on Tuesdays, at 10:45am, at "Centre Blaise Pascal" (CBP, LR6, room C 023).

In charge : Valérie Vidal
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Tuesday, May 13th, 2014 - 10:45AM @ CBP
Une perspective "expérimentale" en optique quantique électronique

Pascal Degiovanni
Laboratoire de Physique, ENS de Lyon

Depuis une dizaine d'années, des progrès expérimentaux dans les techniques de nanofabrication et dans les techniques de mesures dans le domaine radio-fréquence ont permis de réaliser des courants électriques à l'échelle de l'électron unique. Ces développements de l'électronique quantique ont entraîné un dialogue théorie/expérience original qui a forcé à reformuler la théorie du transport quantique électronique de manière à la rapprocher de l'optique quantique des photons. Dans cet exposé, je retracerai le cheminement qui a été effectué dans ce domaine et j'illustrerai comment ce dialogue théorie/expérience a conduit à la fois à des progrès théoriques mais a également influencé le développement du programme de travail expérimental, posant ainsi de nouvelles questions théoriques et expérimentales intéressantes.

Tuesday, May 20th, 2014 - 10:45AM @ CBP
TBA

Florence Elias
Laboratoire Matière et Sytèmes Complexes, Université Paris-Diderot



Tuesday, May 27th, 2014 - 10:45AM @ CBP
****

Axelle Amon
Institut de Physique de Rennes, Université Rennes 1



Tuesday, June 3rd, 2014 - 10:45AM @ CBP
Signal Processing in Computational Art History

C. Richard Johnson, Jr.
Cornell University (USA)

A key component of the scholarly analysis of fine art, which recently has expanded significantly under the label of technical art history, utilizes the extraction of features from revealing images of the art object. Within the past seven years painstaking manual methods of feature extraction from images of an art work's support materials, in particular canvas and paper, have been enhanced with the application of signal processing in projects spearheaded by the speaker. When combined with big data handling capabilities, creating an approach designated here as computational art history, signicant advances have been achieved. This talk describes three such emerging applications of digital signal processing to art historical issues of dating and attribution.
o thread counting for weave matching of Old Master paintings on canvas from x-radiographs, which has proven helpful in studies of the paintings of van Gogh, Vermeer, Velázquez, and Poussin
o texture similarity assessment for metadata (manufacturer, surface finish, brand, and date of manufacture) classication of historic photographic papers, in particular silver gelatin and inkjet papers, from raking light photomicrographs
o chain line pattern matching for mold-mate identification of laid papers from beta-radiographs, initially for the prints of Rembrandt

Tuesday, June 10th, 2014 - 10:45AM @ CBP
TBA

Laurence Ramos
Laboratoire Charles Coulomb, Université Montpellier 2



Tuesday, June 10th, 2014 - 10:45AM @ CBP
Microfluidic flows of complex fluids: challenges and opportunities

Susan J. Muller
Dept. Chemical & Biomolecular Engineering, University of California, Berkeley (USA)

The small length scale associated with microfluidics make these devices uniquely suited for a range of studies, including mixing in low Reynolds number-high Peclet number flows, the stability of high Elasticity number flows, the dynamics of individual microscale objects, and migration of particles and vesicles in suspensions. In this talk, I will briefly review work we have done to leverage the unique properties of microfluidic flows and complex fluids, including those topics indicated above. Microfluidic stagnation point flows have been of special interest, including cross-slot devices and microfluidic four roll mills, which have been designed to trap, manipulate, and analyze genomic DNA, particles, drops, capsules, and vesicles. Using these devices, we have demonstrated DNA target sequence detection, site-specific single molecule kinetic analysis of DNA-enzyme interactions, and measurements of the kinetics of polymer-salt induced DNA compaction. More recently, we have extended these studies to single capsules and vesicles, where our interests include measuring membrane properties through controlled deformations, and subsequent studies of migration in channel flows of suspensions of particles of controlled size, deformability, and shape.

Tuesday, June 24th, 2014 - 10:45AM @ CBP
TBA

Fabien Montel
MSC, Université Paris-Diderot



Tuesday, July 8th, 2014 - 10:45AM @ CBP
TBA

Salima Rafaï
LIPhy, CNRS–Université de Grenoble






PAST SEMINARS 2013-2014



Tuesday, April 22th, 2014 - 10:45AM @ CBP
Water entry and exit

Alexander Korobkin
University of East Anglia (UEA), England

Physical phenomenon associated with water entry and exit will be discussed including jetting, air cushion, interface cavitation, hydroelasticity and negative loads. The approach known as semi-analytical hydrodynamics will be presented. A model of lifting of a smooth body from the liquid surface will be discussed.This model of exit includes only the inertia effects and neglects gravity, surface tension and liquid viscosity, as well as the shape of the body and properties of its surface. The model was successfully validated against CFD results in terms of the total force. The flow close to the surface of the body is more complicated. It is not even clear how the local flow looks like.

Tuesday, April 15th, 2014 - 9:30AM @ CBP
Techniques de taille préhistoriques du silex et de verre volcanique (obsidienne) par fracture conchoïdale : questions aux physiciens

Jacques Pelegrin
UMR 7055 "Préhistoire et Technologie", Maison de l'Ethnologie et de l'Archéologie, Université Paris Ouest-Nanterre

ATTENTION, ce séminaire fait partie de la Journée "Fracture Patterns", organisée le 15 avril à l'ENS de Lyon. L'inscription est obligatoire , à faire sur le site http://crackpatterns.sciencesconf.org

Spécialiste de technologie lithique préhistorique et expérimentateur, J. Pelegrin propose d'illustrer diverses techniques développées pendant la Préhistoire pour la taille de l'obsidienne et du silex (percussion directe à la pierre et au bois, percussion indirecte, pression). La fracture conchoïdale -l'un des mécanismes de fracture des solides isotropes à rupture fragile avec la fracture en "split"-, s'avère étonnamment contrôlable de façon empirique, alors que sa modélisation et ses paramètres physiques sont encore mal connus (vitesse de propagation de la fracture, incidence optimale de la force selon les techniques, etc ?).

Figure : Série de grandes lames de silex -tirées du même bloc ou nucléus- détachées par pression au levier : reproduction expérimentale d'une chaîne opératoire observée au Proche-Orient entre 4000 et 1500 av. J.-C. (la réglette mesure 20 cm). Test et photo J. Pelegrin.

Tuesday, April 8th, 2014 - 10:45AM @ CBP
Dynamic hysteresis in the rheology of complex fluids

Antti Puisto
Aalto University, Department of Applied Physics, Finland

Complex fluids exhibit rheological hysteresis. An analysis is presented of the roles of the three most fundamental mechanisms: structural relaxation, viscoelastic response, and spatial flow heterogeneities or in particular time-dependent shear bands. Dynamical hysteresis simulations are done analogously to rheological ramp up/down experiments on a coupled model which incorporates Maxwell viscoelasticity and time-dependent structure evolution. Comparisons to recent experimental evidence indicate that the rheological hysteresis is mainly due by a stress overshoot due to structure relaxation, which is thus the dominant mechanism that induces hysteretic behaviour. Even though transient shear banding appears during the shear ramps, in typical narrow gap devices, only a small part of the hysteretic response of the model attributes to heterogeneous flow. The model predicts new phenomena e.g. those coming from elasticity, which need experimental confirmation.

Tuesday, April 1st, 2014 - 10:45AM @ CBP
Shear instabilities in the context of liquid atomization

Jean-Philippe Matas
LEGI, Université de Grenoble

Liquid atomization is the process by which droplets are stripped from a slow liquid bulk by a fast parallel gas stream. This configuration is relevant to applications (e.g. turbojets, rocket engines), but understanding the mechanisms responsible for drop formation is a complex fluid mechanics challenge. We will discuss the nature of the instabilities involved in interface destabilization: inviscid vs viscous, absolute vs convective. We will show in particular how seemingly small changes in the experimental set-up can trigger an absolute/convective transition and affect the frequency observed in experiments. We will finally discuss how the shear instability is affected in the limit of small liquid thicknesses (atomization of a liquid film), a configuration particularly relevant to applications.

Tuesday, March 25th, 2014 - 10:45AM @ CBP
Dynamiques rapides dans une mousse et physico-chimie des tensioactifs

Marie Le Merrer
ILM, Université Lyon 1

Une mousse est une assemblée de bulles de gaz dans un liquide savonneux. La nature du savon utilisé comme agent moussant joue un rôle prépondérant sur les propriétés à grande échelle de ces matériaux (rhéologie, stabilité…). Je présenterai ici deux expériences qui illustrent l'impact de la physico-chimie des tensioactifs sur des dynamiques rapides, à l'échelle des bulles ou des films de savon d'une mousse. Dans un premier temps, nous montrons l'influence de la physico-chimie de la solution moussante sur la durée de réarrangements de bulles dans des mousses humides, que nous sondons à l'aide d'une technique de diffusion multiple de la lumière cohérente. Deuxièmement, nous étudions la dynamique d'éclatement de films de savon. A cause de l'élasticité de la surface due aux tensioactifs, on assiste alors au ralentissement de cette dynamique, ainsi qu'à la formation de rides.

Tuesday, March 18th, 2014 - 10:45AM @ CBP
La cellule vivante vue comme un moteur liquide

Jocelyn Etienne
LIPhy, CNRS–Université Grenoble Alpes

Les cellules vivantes ont la capacité de s'adapter et de répondre de façon active aux propriétés mécaniques de l'environnement avec lequel elles sont mises en contact : cette propriété est nommée mécanosensibilité. Ainsi, la rigidité du substrat (matrice extra-cellulaire) influence la forme des cellules, mais aussi leur taux de prolifération et leur différenciation. On sait par ailleurs qu'existent dans la cellule des capteurs moléculaires capables de convertir une contrainte mécanique en signal biochimique : c'est la mécanotransduction. L'hypothèse communément acceptée est que la mécanotransduction est nécessaire à la mécanosensibilité : le signal initial déclencherait une cascade de réactions chimiques modifiant notamment l'activité mécanique de la cellule, que ce soit par la production de protéines spécifiques ou par la modification des interactions entre protéines de la structure cellulaire, le "cytosquelette". Ce cytosquelette est composé de chaînes polymériques et de réticulants, subissant un perpétuel réarrangement alimenté par l'énergie biochimique. Certains de ces réticulants agissent comme des moteurs moléculaires en déplaçant leur point d'ancrage sur les filaments.
Ici, nous montrons que les propriétés mécaniques du réseau d'actomyosine (qui fait partie du "cytosquelette") suffisent pour prédire complètement nos expériences de mécanosensibilité. Ces propriétés mécaniques correspondent à celles d'un liquide viscoélastique doté de la capacité de se contracter (grâce aux moteurs moléculaires). Au final, la modélisation permet d'étudier la cellule vivante comme un moteur, de caractériser les dissipations qui déterminent son efficacité mécanique, et ainsi de décrire son point de fonctionnement selon les caractéristiques de son environnement.

Tuesday, February 25th, 2014 - 10:45AM @ CBP
Acoustic streaming flows generated by progressive ultrasound waves in liquids

Valéry Botton
Equipe Phénomènes Convectifs Couplés, LMFA, Lyon

“Not only can a jet generate sound, but also sound can generate a jet !”. This sentence by Sir J. Lighthill explains in a few words what acoustic streaming is: the possibility of driving stationary and quasi-stationary flows using acoustic waves.The fact that a sound wave propagating in a viscous fluid can be at the origin of steady motions is known since Faraday and Rayleigh. Our team is revisiting this phenomenon in the aim of developping engineering oriented models of acoustic streaming. This kind of flows is indeed present in applications such as electrochemistry and the use of ultrasounds for medical imaging and care. New fields of application can also be investigated such as the use of ultrasounds in crystal growth : this kind of flow can indeed improve heat and mass transfer in a non intrusive way; it can also possibly be used to control natural convection instabilities. Similarly to low magnetic Reynolds number MHD flows, the flows we study here can be considered as resulting for a weak coupling of an external field and the fluid motion. The external field is of course the acoustic field, ruled by propagation laws, and the fluid dynamics can be described by the uncompressible Navier-Stokes equation featuring an "acoustic streaming force" term. The presentation will give an overview of our approach and results combining experimental, theoretical and numerical works.

Tuesday, February 18th, 2014 - 10:45AM @ CBP
What are the crucial physical processes required to model the flow of amorphous solids in the athermal limit?

Alexandre Nicolas
LiPhy, Université Joseph Fourier, Grenoble

The basic scenario for the flow of amorphous solids (foams, dense emulsions, etc.) is now rather consensual: on top of a global elastic deformation of the material, localised regions undergo a fast rearrangement of their particles, a so called "shear transformation"; these rearrangements induce a redistribution of the stress in the system, which may in turn trigger new rearrangements. This simple scenario has led to the emergence of a variety of coarse-grained models, which put the focus on different mechanisms.
In the limit of negligible thermal fluctuation, we aim to pinpoint the physical mechanisms that need to be modelled in order to describe some given properties of the material, from the most basic one (the flow curve) to sophisticated observables (such as the spatio-temporal correlations between shear transformations). In particular, we emphasise that the flow curve results from the interplay between the time scales of the macroscopic driving and the (cascades of) local particle rearrangements.

Tuesday, February 11th, 2014 - 10:45AM @ CBP
Polymères confinés dans des mésophases lamellaires lyotropes

Laure Herrmann
Laboratoire Charles Coulomb, UMR 5221, Montpellier

Le travail présenté porte sur l’étude de mésophases lamellaires lyotropes qui contiennent des polymères hydrosolubles confinés dans les lamelles d’eau de l’empilement. L’effet du polymère confiné sur la stabilité de la structure lamellaire est étudié grâce à une mesure directe des interactions entre les membranes de tensioactif (technique du Surface Force Apparatus). Les systèmes étudiés sont des fluides complexes et très visqueux ce qui a donné lieu au développement d’une nouvelle méthode pour analyser les données collectées. Au fur et à mesure que les macromolécules remplacent le contenu en eau, le module élastique de compressibilité de l’empilement lamellaire chute, signature d’une interaction attractive due à la présence des macromolécules. De plus, des comportements intéressants et inattendus ont été mis en évidence : la présence de dislocations de très grands vecteurs de Burgers à grande séparation ainsi que des phénomènes d’avalanches. En particulier, des énergies de nucléation de dislocation ont pu être extraites.

Tuesday, February 4th, 2014 - 10:45AM @ CBP
Energetics of small systems: Non isothermal processes and gain of choosing

Ignacio Martínez
ICFO-The Institute of Photonic Sciences, Barcelona, Spain

The control of the temperature in mesoscale experiments has a key importance to understand the energetics of the small systems. We have suggested a novel technique to control the kinetic temperature of a sphere by applying of an external force with the same power spectral density as one of the thermal noise. We started from an easy hypothesis: a Brownian particle cannot distinguish between an increment of the media temperature from an addition of an external force with the same spectra than the thermal noise. The most obvious application of this technique is the realization of non-isothermal processes. Among them, an adiabatic process is essential although controversial in small systems. We study its meaning in a colloidal particle experiment, paying attention to the consequences of the overdamped approximation. Finally, we could realize for the first time the Carnot cycle, using a colloidal particle in a liquid as a working substance.

The effect of the thermal bath is also present in the thermodynamics of information. In the second part of the talk, we will discuss the derivation of an universal equivalence between the energetics of a process and the probability of a system to choose it among other options. The obtained expression can be considered a generalization of the Landauer limit. We tested our theory in an experiment where a continuous transition from a single well to a double well potential produces a symmetry breaking affecting a Brownian particle. Moreover, combining two of the process, we were able to achieve the first realization of a Szilard engine based on symmetry breaking and symmetry restoration.

Tuesday, January 28th, 2014 - 10:45AM @ CBP
Croissance et branchement des micelles géantes de tensio-actifs Gemini

Martin In
Laboratoire Charles Coulomb, Université Montpellier 2

Le comportement rhéologique des solutions de micelles géantes ressemble à celui des solutions de polymères mais il apparaît souvent décorrélé de la longueur des micelles : tandis que la longueur des micelles augmente avec la concentration, la viscosité des solutions diminue. La formation de points de jonction coulissants a parfois été évoquée pour lever cette contradiction. Il apparaît nécessaire de caractériser la croissance et la formation de branchement dans ces systèmes auto-assemblés à l’équilibre pour mieux comprendre leur rhéologie.
Sur des systèmes modèles constitués de tensio-actifs geminis nous sommes parvenus à déterminer le paramètre de croissance et la densité de branchements par diffusion de neutrons aux petits angles. Les profils de diffusion sont caractérisés par un pic de corrélation, dont l'évolution de la position en fonction de la fraction volumique, permet d’observer toutes les transitions de morphologie. Les lois de dilutions q_max~\Phi^{1/(d-D)}, connues pour les différentes phases de cristaux liquides lyotropes, sont ici observées dans la seule phase micellaire. Le paramètre de croissance, c’est à dire l’excès d’énergie \epsilon associée à l’excès de courbure des extrémités des micelles, est obtenu par une analyse quantitative du régime intermédiaire sphères-cylindres. Le régime intermédiaire cylindres-lamelles permet de déterminer le taux de branchement.

Tuesday, January 14th, 2014 - 10:45AM @ CBP
Rupture de films et rhéologie de surface

Emmanuelle Rio
Laboratoire de Physique des Solides, Université Paris Sud

Lors de ce séminaire, je présenterai des expériences sur la rupture de films de savon. Je montrerai comment la dynamique des tensioactifs à l'interface (ou la rhéologie de surface) permet de fixer leur temps de vie dans deux expériences modèles : le drainage des antibulles qui peut être expliqué par la présence d'interfaces visqueuses et la rupture d'un film de savon pendant sa génération (voir figure) qui, lui, est lié au caractère élastique des interfaces.

Tuesday, January 7th, 2014 - 10:45AM @ CBP
Osmotic compression of wheat proteins: towards concentrated protein system

Adeline Boire
UMR IATE, UM2-CIRAD-INRA-SupAgro, Montpellier

Wheat proteins are known to interact at high concentration; in particular, they form in hydrated conditions a condensed viscoelastic matrix, called gluten. It allows the formation of cohesive dough from wheat flour giving rise to a wide variety of food products. The structural changes associated with the formation of the condensed phase are however unclear. To better understand the structure and properties of wheat gluten, we start from diluted purified protein dispersions and study the effect of increasing osmotic pressure on their equilibrium concentration and on their structure from the molecular to the macroscopic scales using FT-IR, SAXS, microscopy and rheology.

Combining a thermodynamical and a multi-scale structural approach, we show the changes associated with the transition from repulsive colloids at low volume fraction, Phi_v = 0.005, towards glass transition at higher volume fraction for Phi_v > 0.4.

Tuesday, December 17th, 2013 - 10:45AM @ Room 116
Cinétique d'infiltration d'un agrégat colloïdal

Pascal Hébraud
IPCMS, Strasbourg

Nous présentons une étude expérimentale de l'infiltration d'un agrégat colloïdal par un fluide visqueux, sous l'effet des forces capillaires. Nous montrons que la cinétique de cette infiltration consiste en trois régimes successifs :
- dans un premier temps, alors que l'agrégat est progressivement mouillé par le fluide, le gaz qu'il contient est piégé et sa pression augmente, conduisant à un ralentissement voire à un arrêt de son infiltration.
- puis, lorsque la pression est supérieure à la pression capillaire, l'agrégat dégaze lentement.
- enfin, l'infiltration reprend lorsque le réservoir de gaz intérieur à l'agrégat est en contact avec l'atmosphère.

Tuesday, December 10th, 2013 - 10:45AM @ CBP
Microrheology in the beetle secretion

Bérengère Abou
MSC, Université Paris-Diderot

Pads of many insects are covered with long, deformable setae, each ending in a micrometric terminal plate coated with secretion. Less is known about the secretion itself because it is produced in an extremely small quantity. We present a measurement of the secretion rheological properties in the Colorado potato beetle Leptinotarsa decemlineata (Coleoptera, Chrysomelidae). Because the secretion is produced in an extremely small amount at the level of the terminal plate, we first develop a procedure to collect the secretion, and then perform microrheological experiments. We finally discuss the influence of the secretion property on the observed beetle pace, and the beetle adhesion.

Tuesday, December 3rd, 2013 - 10:45AM @ CBP
Interfaces fluides « réactives »

Cécile Monteux
Laboratoire Science et Ingénierie de la Matière Molle, ESPCI, Paris

Notre but est de contrôler les propriétés macroscopiques d’interfaces liquides (stabilité d’une mousse, étalement de gouttes sur une surface…) en utilisant des systèmes physico-chimiques de tensioactifs ou de polymères « réactifs ». Je décrirai 2 exemples de systèmes réactifs.
Manipulation de bulles, de films et de mousses avec la lumière. Nous utilisons des tensioactifs qui changent de forme sous lumière UV. L’intensité lumineuse permet de contrôler le nombre de tensioactifs adsorbés aux interfaces et ainsi de piloter à distance des écoulements de surface ou la déstabilisation d’une mousse.
Assemblage de polymère à l’interface eau-huile pour l’encapsulation Nous provoquons l’assemblage de multi-couches de polymères sur des gouttes d’huile dans l’eau, ce qui permet de former une membrane à l’interface huile/eau. En jouant sur la nature des polymères et le type d’interactions mises en jeu entre les couches (interactions hydrophobes, électrostatiques…), nous avons montré que l’on peut moduler le module élastique des membranes.

Tuesday, November 26th, 2013 - 10:45AM @ CBP
Microfluidics and mechanisms of Leukocyte recruitment

Olivier Théodoly
Laboratoire Adhésion & Inflammation, INSERM/CNRS/AMU, Marseille

During the immunological response, leukocytes are recruited from the blood system toward inflammatory zones via a complex cascade of events that are difficult to investigate in vivo. After exiting the capillary bed, leukocytes stop by adherence in the post-capillary veinules, where they migrate on the vessels walls and eventually cross the endothelium. In an attempt to decipher some mechanical aspects involved in normal and pathological recruitment process, we use in vitro approaches to control and simplify the cellular micro-environments. For instance, we investigated the role of adhesion, friction and deformability in the pathological arrest of leukocytes in the blood capillaries of the lungs, which is the triggering event of the acute respiratory distress syndrome (ARDS). We also analyzed the role of the hydrodynamic stress on the migration of leukocytes at the inner surface of blood vessels. We show that normal T-lymphocyte crawl upstream in opposition to the exerted force, and we discuss a mechanism for this new mechanotaxis behavior.

Tuesday, November 19th, 2013 - 10:45AM @ CBP
Etude de l'instabilité élastique en canal droit

Annie Colin
LOF, Université Bordeaux I

Lorsqu'une solution de polymère élastique est cisaillée, la déformation des chaînes de polymère induit l'apparition de forces normales. En géométrie courbe, ces forces centripètes sont la cause d'une instabilité dite élastique. En géométrie droite, cette instabilité devient non linéaire. Dans cette étude, nous avons mesuré les profils de vitesse d'une solution de polymères élastique rhéofluidifiante en canal droit dans des dispositifs microfluidiques. Au-delà d'un nombre de Weissenberg critique (paramètre de contrôle de l'instabilité), ces profils sont instables. Nous analysons les fluctuations de vitesse dans le sens de l'écoulement et perpendiculaires à l'écoulement. Ces dernières qui constituent le paramètre d'ordre de l'instabilité sont nulles à bas Weissenberg, puis au-delà d'un Weissenberg critique deviennent oscillantes. Enfin à très haut Weissenberg, elles présentent un spectre de fréquences large. Ceci sous-entend que l'instabilité est supercritique. Nous montrons que ces fluctuations de vitesses induisent une réduction de la traînée hydrodynamique à très bas nombre de Reynolds. En effet les profils de vitesses moyens mesurés sont moins dissipatifs que ceux prévus par la courbe d'écoulement mesurée au rhéomètre. De façon plus qualitative, je montrerai pour conclure les conséquences de l'élasticité de la solution de polymère sur un écoulement dans un poreux.

Tuesday, November 12th, 2013 - 10:45AM @ CBP
Élasto-capillarité, délaminage et fracture

José Bico
Laboratoire PMMH, ESPCI, Paris

En lavant nos cheveux nous pouvons réaliser que la tension de surface peut être suffisamment forte pour déformer des structures élancées. De telles interactions élasto-capillaires sont généralement vues comme un obstacle dans le développement de microsystèmes mécaniques. Un ingénieur optimiste pourra cependant considérer ces forces comme un outil pour élaborer des micro-structures. Nous verrons comment les différentes notions développées pour des systèmes élasto-capillaires peuvent être généralisées à d'autres interactions de surface telles que l'adhésion ou la fracture. Nous décrirons en particulier de récentes expériences mettant en jeu un mode de fracture original.

Thursday, November 7th, 2013 - 10:45AM @ "Salle des Conseils"
Transport granulaire diphasique en géométrie confinée

Guillaume Dumazer
Advanced Material and Complex Systems Group, University of Oslo

J'étudie les écoulements confinés de mélanges de fluide et de matériel granulaire. Je travaille en particulier sur les types de frottements qui peuvent exister entre le mélange compacté et les parois de confinement. Je propose une description semi-analytique de la propagation d'un front de compaction lorsque de l'air est injecté dans un tube horizontal contenant un mélange sédimenté de liquide et de grains. Un montage expérimental permettant l'observation de ce type d'écoulements est également en cours de réalisation. De tels fluides complexes confinés présentent une dynamique riche qui au-delà d'un intérêt fondamental ou esthétique (cf Nature Comm. 2, pp288 (2011)) possèdent de potentielles applications tant sur de grands projets géo-techniques (géo-séquestration du Carbone) que sur des technologies de microfluidique.

Tuesday, October 15th, 2013 - 10:45AM @ CBP
Deux expériences autour de la détergence

Keyvan Piroird
Laboratoire Navier, Ecole des Ponts, Paris Tech

Nous discutons deux expériences dans lesquelles une goutte d’huile est mise en mouvement grâce à des tensioactifs. Dans la première expérience, nous montrons qu’une asymétrie de concentration en tensioactif provoque le mouvement d’une goutte d’huile contenue dans un tube capillaire immergé dans un bain d'eau. Cette expérience révèle une dynamique complexe (mouvement uniforme ou intermittent), menant à des situations paradoxales dans lesquelles des gouttes très visqueuses peuvent être aussi mobiles que des gouttes de faible viscosité. Dans la deuxième expérience, nous utilisons les tensioactifs pour former une mousse aqueuse. Nous montrons qu'une telle mousse peut agir comme une "éponge liquide" capable d'absorber et de transporter de l'huile. Le moteur de l'écoulement est cette fois la dépression qui règne dans les bords de Plateau, ces canaux liquides à la jonction entre trois films de savons.

Tuesday, October 8th, 2013 - 10:45AM @ Room 116
''Can you shape the feel of a thing?'': Tunable mechanical meta-materials

Corentin Coulais
University of Leiden, Netherlands

We probe the mechanical response of 2d elastic media, structured by a crystalline pattern of holes of two different sizes. While compressed under uniaxial loading, the holes pattern transforms, the overall material undergoes an auxetic mechanical response. Hole size and aspect ratio play a crucial role on this mechanical response, and eventually lead to a negative stiffness. Further biaxial loading leads to a wealth of new phenomena, including mechanically switchable hysteresis and memory effects. Using extensible beams as a model building block, we identify some key parameters that describe the various instabilities that can occur.

Tuesday, October 1st, 2013 - 10:45AM @ CBP
Nage ondulatoire optimale à petit et grand nombres de Reynolds

Christophe Eloy
IRPHE, Marseille

Lors de ce séminaire, je présenterai quelques résultats récents sur la nage ondulatoire. Il s’agit, au travers d’une description mécanique et de calculs d’optimisation, de mieux comprendre la forme et le mouvement des organismes lorsqu’ils nagent. En particulier, je m’attacherai à décrire la forme et le mouvement des cils et des flagelles, qui sont de fins organites flexibles utilisés par les cellules pour nager, ainsi que la forme et le mouvement des vertébrés utilisant la nage ondulatoire tels que les cétacés, les requins ou les thons.

Friday, September 13th, 2013 - 10:45AM @ Room 115
Fine sand in motion: The influence of interstitial air

Tess Homan
Physics of Fluids Group, University of Twente, Netherlands

When a ball impacts on fine, very loose sand it will penetrate the bed to a surprising depth. It is known that the final depth is heavily influenced by the ambient air pressure. In this talk I will discuss detailed experiments in which we have investigated the influence of the interstitial air, i.e. the air in-between the sand grains. First, we performed high-resolution, high-speed X-ray experiments, which allow for imaging of the events that occur inside the sand bed. These experiments show that the sand around the ball is compactified and the air in this region is compressed. Secondly, we study the air flow in a sand bed that suddenly collapsed towards a denser state. We find that air needs a finite amount of time to move through the sand, which turns out to play a crucial role in the drag experienced by an intruding object. Finally, we present experimental data in which it is found that the force required to push an object into the sand is much larger for low penetration velocities than for high velocities. Experiments at reduced pressure indicate that trapped air causes this drag reduction, confirming the importance of interstitial air.



PAST SEMINARS 2012-2013



Tuesday, July 9th, 10:45AM @ CBP
Oscillatory Rheology near Jamming

Simon Dagois-Bohy
Leiden Institute of Physics, Netherlands

Over the past decade, the jamming transition has been mostly characterized for quasistatic transformations. We want now to explore the mutual influence of this transition with dynamic. For this, we perform oscillatory rheology on numerical packings of 2D soft spheres - the "classical" system used to study jamming. When we vary the amplitude from linear response to steady state flow, we see different behaviors between those limit cases. In the linear regime, the complex shear modulus presents two different scalings with frequency, with a crossover depending on pressure, in agreement with recent predictions. Surprisingly, when the amplitude is increased, the non-linear response do not seem to follow the odd symmetry of the forcing.

Tuesday, July 2nd, 10:45AM @ CBP
Une solution pour réaliser vos expériences scientifiques (enseignement) plus vite.

Artyom Petrosyan
LP, ENS-Lyon

Contrôleur Arduino a été créé en 2005, en 2009 il y avait 300.000 utilisateurs. Je vais présenter comment utiliser LIFA (Labview Interface For Arduino) avec Arduino pour nos manipes (avec des exemples)."

Tuesday, June 25th, 10:45AM @ CBP
Motion in a random environment: from out-of-equilibrium soft matter to brittle failure

Vincent Démery
'Institut d'Alembert, UPMC, Paris

Motion in a random environment is ubiquitous in physics and I present applications of this concept to two very different systems. In the first part, I deal with a point-like object coupled to a fluctuating environment; this general system can picture a membrane protein or a colloid in a random field. I show how this coupling can modify in a very peculiar and rather universal way the dynamical properties of the object, creating a drag force or modifying its diffusion coefficient. In the second part, I present the motion of an elastic line in a quenched random potential as a model of the brittle failure of heterogeneous materials. Two regimes can be identified, depending on the heterogeneity amplitude. When heterogeneity is low, a simple law gives the material effective toughness.

Monday, June 24th, 14:00 @ CBP
Fragility and hysteretic creep in frictional granular jamming

Mahesh Bandi
Okinawa Institute of Science (Japan)

The Jamming framework was proposed as an overarching, unifying description governing the behavior of a wide variety of disordered materials. Being amenable to theoretical treatment, several early studies concentrated on idealized frictionless systems. Growing number of studies, however, conclusively demonstrate inter-particle friction substantially alters jamming behavior. In this talk, we present an experimental study where a loose, granular pack comprising a two-dimensional, bi-disperse system of frictional disks subjected to quasi-static, uniaxial compression (loading) and decompression (unloading). We first verify numerical results demonstrating jamming onset at packing fractions below random close packing with increasing friction. Next we show, the pressure scaling is remarkably different between the first and subsequent loading cycles. In the first cycle as the system's boundaries are moved in to achieve an increasingly tighter packing, a fragile state is observed where the pressure exhibits an exponential rise over a range of packing fractions, followed by a deviation from exponential scaling. This exponential rise in pressure is simultaneously reflected in an exponential decrease in particle displacements over the same range of packing fractions, implying the simultaneous existence of jammed and unjammed clusters in the granular pack. Finally we show, under repetitive loading and unloading, the critical packing fraction at which the granular pack jams progressively increases to higher values, thereby exhibiting creep. At the same time the pressure curves for the loading-unloading cycles exhibit hysteretic responses. We experimentally trace the source of all these effects to inter-particle contact friction.

Tuesday, May 28th, 10:45AM @ CBP
Micro-acoustics: how to achieve acoustic tweezers and self-organize tiny objects

Philippe Marmottant
UJF, Grenoble

We present in a first part the principle and performance of acoustic tweezers to manipulate single or many particles, cells and organisms confined in microfluidic channels. Combining the action of pairs of opposite interdigitated transducers that emit surface acoustic waves, we show how objects can be trapped in the standing wave pattern and drifted in two dimensions using a slight frequency modulation of a transducer of each pair around resonance. In a second part, we will present self-organization phenomena that occur when the objects are bubbles. Being compressible, the bubbles pulsate vigorously under ultrasound, and emit secondary waves. It leads to the self-organization of bubbles into periodic crystals, mediated by acoustic radiation forces.

Tuesday, May 21st, 10:45AM @ CBP
The interplay of sedimentation and crystallization in hard sphere suspensions

John Russo
Tokyo University

We study the interplay of crystal nucleation and sedimentation in a model of colloidal hard spheres via brownian dynamics simulations. We introduce two external fields acting on the colloidal fluid: a uniform gravitational field (body force), and a surface field obtained by pinning a layer of equilibrium particles (rough wall). We show that crystal nucleation is suppressed in proximity of the wall due to the slowing down of the dynamics, and that the spatial range of this effect is governed by the static length scale of bond orientational order. For distances from the wall larger than this length scale, the nucleation rate is greatly enhanced by the process of sedimentation, since it leads to a higher volume fraction, or a higher degree of supercooling, near the bottom. The nucleation stage is similar to the homogeneous case, with nuclei being on average spherical and having crystalline planes randomly oriented in space. The growth stage is instead greatly affected by the symmetry breaking introduced by the gravitation field, with a slowing down of the attachment rate due to density gradients, which in turn cause nuclei to grow faster laterally.

Tuesday, May 14th, 10:45AM @ CBP
Transitions, hystérésis et instationnarité d’un écoulement de von Karman turbulent

Brice Saint-Michel
SPHYNX, SPEC, CEA Saclay

[Résumé détaillé]

Tuesday, April 16th, 14:00 @ room 115
Dynamique Locale et viscosité anormale de matériaux amorphes modèles

Anne Tanguy
ILM, Lyon

La réponse mécanique des solides désordonnés résulte de l'organisation parfois complexe de réarrangements localisés. Il en résulte une variété apparente de comportements, avec par exemple apparition ou non de bandes de cisaillement dans le régime d'écoulement plastique en fonction du taux de cisaillement, mais aussi de la pression, de la préparation initiale du système, ou de la nature des interactions interatomiques. En prenant pour exemple des systèmes modèles type "silicium amorphe", nous montrerons dans cet exposé des exemples d'effets directs de la dynamique locale sur la loi de comportement, d'abord dans le régime quasi-statique (modules d'élasticité, dureté, localisation de la déformation en écoulement), puis en fonction du taux de cisaillement (écoulements non-newtoniens).

Tuesday, April 9th, 10:45AM @ CBP
Quitter Fourier ?

Patrick Flandrin
Laboratoire de Physique, ENS-Lyon

L'analyse de Fourier décrit les signaux en termes d'ondes ayant les trois caractéristiques d'être (1) monochromatiques, (2) éternelles et (3) sinusoîdales. Pour rendre compte de la réalité souvent plus complexe de signaux expérimentaux, on peut imaginer d'étendre le cadre de l'analyse de Fourier afin de permettre à une "fréquence" (1) de varier dans le temps, (2) d'être localisée et (3) d'être associée à une notion d'oscillation qui ne soit pas nécessairement harmonique. Je présenterai quelques développements récents dans ces directions, en mettant l'accent sur des méthodes "pilotées par les données" : réallocation temps-fréquence et "synchrosqueezing" pour (1) et (2) ; décomposition modale empirique pour (3).

Friday, March 1st, 10:45 @ room 115
Glass Transitions by Random Pinning

Chiara Cammarota, IPht CEA Saclay

Understanding the physical mechanism behind glass formation is a lasting problem in statistical mechanics and condensed matter physics. Interestingly from a theoretical point of view, there are reasons to think that the viscous slowing down of super-cooled liquids' dynamics, preluding glass formation, is due to a new kind of thermodynamic transition, the ideal glass transition. This is conjectured to be an entropy vanishing critical point with many peculiarities, notably an exponential growth of correlation time in the critical region. Assessing the mere existence of the ideal glass transition in real systems is particularly difficult. I will propose a new promising route to make substantial improvements in the understanding and in the description of this elusive transition. The idea is to induce a glass transition by pinning particles from an equilibrium configuration. I will characterize the particular features of the induced glass transition, called Random Pinning Glass Transition (RPGT) and discuss the advantages of studying it. I will also focus on other pining particles procedures to contrast the different outcomes and unveil the peculiar nature of the RPGT.

Friday, February 22nd, 14:00 @ room 115
Competition between shape and interaction anisotropy in charged colloidal platelets

Sara Jabbari, LiPhy, Grenoble

Charged platelet suspensions, such as swelling clays, disc-like mineral crystallites or exfoliated nanosheets are ubiquitous in nature. Their puzzling phase behaviors are nevertheless still poorly understood: while Laponite and Bentonite clay suspensions form arrested states at low densities, others, like Beidellite and Gibbsite exhibit an equilibrium isotropic-nematic transition at moderate densities. These observations raise fundamental questions about the influence of electrostatic interactions on the isotropic-nematic transition and more generally on the organization of charged platelets. We investigate the competition between anisotropic excluded-volume and electrostatic interactions in suspensions of thin charged disks, by means of Monte-Carlo simulations. We show that the original intrinsic anisotropy of the electrostatic potential between charged platelets, obtained within the non-linear Poisson-Boltzmann formalism, not only rationalizes the generic features of the complex phase diagram of charged colloidal platelets, but also predicts the existence of novel structures and arrested states upon varying density and ionic strength.

Tuesday, December 11th, 10:45, CBP Inverse and Direct cascades in turbulence, revisited.

L. Biferale
University of Rome "tor vergata"

By performing numerical investigations of Navier-Stokes (NS) equations decimated on a Helical-Fourier basis we show that all 3D flows in nature possess a subset of non-linear evolution leading to a reverse energy transfer: from small to large scales. Up to now, such inverse cascade was only observed in flows under strong rotation and in quasi two-dimensional geometries. We show here that the energy flux is always reversed when the mirror symmetry is broken, leading to a distribution of helicity in the system with a definite sign at all wavenumbers. Our findings broaden the range of flows where an inverse energy cascade may be detected and rationalize the role played by helicity in the energy transfer process, showing that both 2D and 3D properties naturally coexist in all flows in nature. The numerical methodology here proposed is based on a Galerkin projection of the NS dynamics on a given class of Helical-Fourier modes. Discussion about how to apply it to study the influence of helicity on small-scales intermittency, to investigate the regularity properties of Navier-Stokes solutions and to improve sub-grid-scale models for Large-Eddy-Simulations will be presented. Finally, it may play a key role also to understand the role of the three inviscid invariants in magnetohydrodynamics.

Tuesday, December 4th, 10:45AM @ CBP
Reconstructing the free-energy landscape of protein with biased MD simulations: Metadynamics and dihedral Principal Component Analysis

Francois Sicard
Laboratoire Interdisciplinaire Carnot de Bourgogne, Dijon

Since the late 1980s emerges the idea that a global overview of the protein's energy surface is of paramount importance for a quantitative understanding of the relationships between structure, dynamics, stability, and functional behavior of proteins. Thanks to continuous increase of the computing power and of the reliability of empirical force fields, all-atom molecular dynamics (MD) simulations become a widely employed computational technique to simulate the dynamics of complex systems such as proteins through discrete integration of the Newtons's equations of motions of each atom. However in several cases all-atom MD simulations are still not competitive to describe the protein conformational dynamics, due to the fact that using an atomistic model is computationally expensive, as sufficiently realistic potential energy functions are intrinsically complex. Moreover, most phenomena of interest take place on times scales that are orders of magnitude larger than the accessible time that can be currently simulated with classical all-atom MD. This issue can be addressed by accelerating the exploration of the conformational space in (all-atom) MD simulations. In this case, a large variety of methods referred to as enhanced sampling techniques have been proposed. They exploit a methodology aimed at accelerating rare events and based on constrained MD. Metadynamics (metaD) belongs to this class of methods: it enhances the sampling of the conformational space of a system along a few selected degrees of freedom, named collective variables (CVs) and reconstructs the probability distribution as a function of these CVs. However, the succes of metaD depends on the critical choice of a reasonable number of relevant CVs. All the relevant slow varying degrees of freedom must be catched by the CVs. In addition, the number of CVs must be small enough to avoid exceedingly long computational time, while being able to distinguish among the different conformational states of the system. Consequently, identifying a set of CVs appropriate for describing complex processes involves a right understanding of the physics and chemistry of the process under study. Choosing a correct set of CVs thus remains a challenge, as a whole, independently of the enhanced sampling technique one could consider. I will present that coupling Well-Tempered Metadynamics, i.e. the most recent variant of the method, with a set of CVs generated from a dihedral Principal Component Analysis on the Ramachandran dihedral angles (describing the backbone structure of the protein) provides an efficient reconstruction of the free-energy landscape of the small and very diffusive Met-enkephalin pentapeptide.

Tuesday, November 27th, 10:45AM @ "Salle des Conseils"
Graines de chercheur : petites et grandes pour aborder physiquement les phénomènes propres au monde vivant

Julien Deseigne
Laboratoire de Physique, ENS-Lyon

Ne faut-il pas avoir un grain pour penser retrouver ces phénomènes en utilisant un milieu granulaire ou une suspension colloïdale ?
D'une part, je montrerai qu'il en faut même plusieurs pour être capable d'observer des mouvements collectifs comme ceux observés dans la nature. Grâce à une expérience de disques vibrés autopropulsés, nous montrons que ces mouvements s'accompagnent de fluctuations géantes de densité dont l'exposant caractéristique s'approche de celui déterminé par des modèles théorique et numérique. Ces résultats renforcent la viabilité d'une description des systèmes vivants par un nouveau type de matière condensée : la matière active.
D'autre part, la physique aux interfaces des colloïdes et les outils de la microfluidique ouvrent des perspectives dans la compréhension des phénomènes de mélange des bactéries et de leurs nutriments dans les océans. Nous observons qu'une faible quantité de sel, qui joue ici le rôle de "nutriment-modèle", modifie considérablement les structures et l'efficacité du mélange de suspensions colloïdales au sein d'un écoulement laminaire chaotique. Cette modification se comprend grâce à la définition d'un nombre de Péclet effectif qui prend en compte l'advection chaotique et la dynamique colloïdale induite par le sel, dominante par rapport à la seule diffusion brownienne des colloïdes.

Tuesday, November 20th, 10:45AM @ "Salle des Conseils"
Des Bandes de cisaillement à la turbulence viscoélastique : une étude en rhéologie

Marc-Antoine Fardin
Laboratoire de Physique, ENS-Lyon

En rhéologie, les solutions de micelles géantes sont utilisées comme systèmes modèles depuis près de trente ans. Elles furent d’abord étudiées aux faibles déformations, pour lesquelles elles se comportent comme des fluides de Maxwell, l’exemple le plus simple de viscoélasticité. Par la suite, il fut découvert qu’aux plus larges déformations, l’écoulement se sépare en bandes de cisaillement. Au cours des vingt années écoulées depuis cette découverte, les écoulements en bandes de cisaillement ont été étudiés par de nombreuses techniques comme la rhéométrie, la vélocimétrie ou encore la biréfringence d’écoulement. Toutefois, un grand nombre de données collectées sur ces systèmes mirent en évidence de nombreuses fluctuations spatiotemporelles imprévues. Nous montrons comment la plupart de ces fluctuations peut être la conséquence d’écoulements secondaires jusque là ignorés. Nous montrons que les écoulements secondaires ont pour origine une instabilité purement viscoélastique qui n’avait jusque là été observée que dans les solutions de polymères. Dans un premier temps, l’instabilité génère des écoulements cohérents mais non-triviaux, et à plus hautes déformations, l’écoulement devient turbulent. Nous étudions en détail l’exemple de l’écoulement de Couette cylindrique. Nous adaptons le critère d’instabilité au cas des écoulements en bandes. Cela suggère l’existence de trois catégories d’écoulements en bandes, en fonction de leur stabilité, ce que nous confirmons à travers des expériences sur de nombreuses conditions différentes. En accord avec nos prédictions théoriques, une augmentation de la concentration en micelles ou de la courbure de la géométrie déstabilise l’écoulement, alors qu’une augmentation de la température le stabilise. Mais les expériences suggèrent aussi certains comportements allant au-delà du critère d’instabilité purement viscoélastique. Nous mettons en particulier l’accent sur l’importance potentielle des modes d’interface et l’influence du glissement.

Tuesday, October 9th, 10:45 @ " salle de réunion CBP "
Rhéologie des suspensions granulaires

F. Boyer, University of Twente (NL)

La rhéologie des suspensions de particules solides a fait l'objet de nombreuses études depuis les travaux précurseurs d'Eínstein sur la dérivation théorique d'une loi de viscosité effective en régime dilué (1905). Malgré leur importance dans un grand nombre d'applications, même le cas-modèle de sphères dures non browniennes suspendues dans un liquide newtonien reste mal élucidé, notamment en régime concentré. De tels systèmes montrent une transition de blocage, caractérisée par une divergence de leur viscosité pour une fraction volumique maximale. Il n'y a pas à ce jour une compréhension globale de cette divergence et, plus généralement, du régime dense, où contribuent de manière significative à la fois les interactions hydrodynamiques et les contacts solides entre particules. En utilisant trois systèmes expérimentaux, nous avons étudié la rhéologie de suspensions concentrées-modèles (rhéologie à pression imposée, effet anti-Weissenberg et canal incliné) dans le régime concentré et jusqu'au voisinage de la transition de blocage. Nos résultats permettent d'établir un pont entre la rhéologie des suspensions concentrées non browniennes et les écoulements granulaires. Enfin, nous proposons un modèle rhéologique global, compatible avec une formulation diphasique, et cohérent à la fois avec l'hydrodynamique des suspensions diluées et la physique des milieux granulaires frictionnels.

Tuesday, October 2nd, 10:45 @ CBP
Impact of a rigid sphere onto a free surface and a flat bottom of a liquid volume: air trapping and cavitation

E.V. Ermanuyk, Novosibirsk (Russia)

The phenomena of liquid-to-solid and liquid-to-liquid impact are related to many applications such as ink-jet printing, coating, airplane icing, slamming of ships, etc. The possible applications cover very wide ranges of spatial and temporal scales what makes it difficult to build up a unified theory and stimulates an intense ongoing research. The present talk is focused on two aspects of impact problems: i) air trapping at the nose of a body impacting onto a free surface and ii) cavitation at touchdown of a solid body moving through a liquid toward a solid wall. First, we present an experimental and theoretical investigation of the air trapping. In the parameter regime previously studied theoretically by Hicks & Purvis (JFM 2010), excellent agreement is observed between our experimental data and the results of theoretical modeling. Earlier data on the radius of the trapped air pocket are confirmed, and some inconsistencies met in existing literature on the subject are removed. At low impact speed we observe non-axisymmetric regimes of air trapping. Second, we present the results of visual and instrumental studies of impact of circular disks having convex, flat and concave lower surfaces onto a thin liquid layer. We show that disks with flat and concave lower surfaces approach to a flat bottom asymptotically, with zero terminal velocity. Disks with convex lower surface have non-zero terminal velocity, with intense cavitation observed at touchdown to a flat bottom. The cavitation removes "the continuity paradox": theory predicts that a locally spherical body in a continuous Newtonian fluid may approach a flat wall only asymptotically, with zero terminal velocity (Brenner (Chem. Eng. Sci. 1961), Starovoitov (2004)).
Some results of the above-mentioned studies are presented in Hicks, Ermanyuk, Gavrilov & Purvis (JFM 2012) and Ermanyuk & Gavrilov (J. Appl. Mech. & Tech. Phys. 2011).



PAST SEMINARS 2011-2012



Tuesday, July 17th, 10:45
Présentation de la structure Lyon Science Transfert (LST) et du 10ème Appel à Projets

Laëtitia Roux
Lyon Science Transfert

Lyon Science Transfert (LST), le service de valorisation de l’Université de Lyon, interviendra au sein du laboratoire de physique de l’ENS afin de sensibiliser les chercheurs à la valorisation de leurs travaux de recherche et les informer de l’accompagnement que notre structure peut leur apporter. Nous souhaiterions notamment vous présenter notre 10ème appel à projets pour la maturation de projets innovants dont l’ouverture est prévue début juillet (dépôt des dossiers avant le 24/09/12). LST peut en effet apporter un soutien technique, juridique et financier jusqu’à 60 000 € par projet innovant. 155 projets ont déjà été financés depuis 2007 !

Tuesday, July 3rd, 10:45 @ "Amphi Schrödinger"
Lagrangian Coherent Structures (LCSs) and their application to the Deepwater Horizon event.

Tom Peacock
MIT, Cambridge

The approach of Lagrangian Coherent Structures (LCSs) provides new insight into material transport by fluid flows. Here, we present an overview of the LCS method, discussing the shortcomings of previous approaches based purely on Finite Time Lyapunov Exponents and describing the latest approach based on the concept of strainlines. We then demonstrate how the strainline approach can be used as a diagnostic and predictive tool for oil spills, using the Deepwater Horizon event as an example case study.

Tuesday, June 26th, 10:45 @ room 116
Des moteurs de jeux à la modélisation de la chromatine

Pascal Carrivain
LPTL, Jussieu

Durant ces dernières années la modélisation en physique est restée "aveugle" aux développements de disciplines soeurs; en particulier la mécanique ou plutôt la robotique qui développe des outils puissants comme la cinématique inverse et les moteurs physiques. Ces techniques sont couramment employées dans les jeux vidéos pour des résultats très réalistes. Je propose ici de montrer que nous pouvons simuler des assemblages d'ADN et de protéines (fibre de chromatine) comme des systèmes articulés avec une dynamique de Langevin développée pour les moteurs de physique. Plus précisément, je montrerai que notre simulation reproduit les résultats expérimentaux de manipulation de molécules uniques sous pinces magnétiques et permet même de faire des prédictions.

Tuesday, June 19th, 13:45 @ room 115
Opto-acoustique GHz pour sonder la compressibilité du noyau de cellules individuelles

Bertrand Audoin
Laboratoire de Mécanique Physique, université Bordeaux 1

L'utilisation d'impulsions lumineuses d'une durée de seulement quelques centaines de femtosecondes permet de générer des ondes acoustiques dont les longueurs d'ondes sont dictées essentiellement par la pénétration optique du milieu transducteur, typiquement quelques nanomètres pour les métaux. La technique, dite d'acoustique picoseconde (1), a depuis les années 80 été largement utilisée en particulier pour des applications dans les domaines de la physique du solide. Ces dernières années des applications ont été développées en vue de sonder les propriétés mécaniques de la matière biologique à une échelle sub-cellulaire (2). Tout d'abord, les résultats obtenus en vue de sonder la rhéologie GHz de capsules polymériques biomimétiques de dimensions microniques seront présentés (3). Des travaux récents au cours desquels des ondes acoustiques de fréquence supérieure à 20 GHz ont été mesurées au sein de noyaux de cellules animales seront ensuite discutés.
1 C. Thomsen et al., Phys. Rev. Lett. 53, 989 (1984).
2 C. Rossignol et al., Appl. Phys. Lett.,93, 123901 (2008).
3 T. Dehoux et al., Soft Matter, 8, 2586 (2012)

Tuesday, June 5th, 10:45 @ "Salle des Conseils"
Etats stationnaires hors-équibre d'un gaz granulaire : égalité de Hatano-Sasa.

Antoine Naert
Laboratoire de Pysique

La relation théorique proposée par Hatano et Sasa en 2001 est une généralisation de l'inégalité de Clausius au cas de transitions irréversibles entre des états stationnaires hors-équilibres. Une expérience simple et astucieuse permet de mettre à l'épreuve leur prédiction dans un milieu dissipatif.

Tuesday, May 22nd, 14:00 @ room 115
Carbopol, Model Yield-Stress Fluid

Barbara Frisken
Simon Fraser University, Burnaby, British Columbia, Canada

Carbopol, a family of cross-linked acrylic acid-based polymers, is a well-known thickener used in personal care products such as shampoo and toothpaste. Relatively low concentration aqueous dispersions exhibit the properties of a yield-stress fluid; at low stress, Carbopol behaves as an elastic solid but it will flow when the applied stress exceeds a sample-dependent value known as the yield stress. Carbopol is often used as a model yield-stress fluid because it is transparent and its rheological properties can be precisely tuned by sample preparation. This talk will outline recent light scattering, particle tracking, and rheological results and discuss them in the context of other soft glassy systems.

Tuesday, May 22nd, 10:45 @ room 117
Ondes de gravité internes générées sur une topographie au laboratoire: marée interne et onde orographique

Alexandre Paci,
Météo-France / CNRS URA1357 - CNRM-GAME/GMEI/SPEA - Toulouse

Le laboratoire de mécanique des fluides géophysiques du CNRM-GAME (URA1357 Météo-France et CNRS) dispose d'un ensemble d'infrastructures hydrauliques pour l'étude des écoulements homogènes ou stratifiés en densité. Les activités de l'équipe se concentrent sur la couche limite atmosphérique et les ondes de gravité internes générées sur une topographie. La grande veine hydraulique stratifiée du CNRM-GAME est une infrastructure unique pour l'étude des écoulements stratifiés en densité. Elle a été conçue pour produire en laboratoire, donc dans des conditions parfaitement contrôlées, des jeux de données précis et complets sur des écoulements semblables à ceux de l'atmosphère et de l'océan. Elle permet donc de compléter les observations du milieu naturel, limitées par leur dispersion et l'impossibilité de contrôler les conditions de l'écoulement. Cette veine hydraulique de 30 m de long peut aussi être utilisée en mode canal fermé. Cette infrastructure a longtemps été principalement utilisée pour l'étude du vent à petite échelle sur des structures ou des topographies complexes. Elle est maintenant également utilisée pour mener des travaux de recherche. Des expériences sont conduites depuis quelques années pour étudier dans la veine différents aspects des ondes de gravité internes générées sur une topographie. Un aperçu de ces expériences sera donné dans cette présentation, d'abord dans un contexte océanique, puis dans un contexte atmosphérique.

Tuesday, May 15th, 10:45 @ room 117
Double, Double, ... Bubble.

Michel Peyrard
Laboratoire de Pysique, ENS-Lyon

La célèbre double hélice de l'ADN n'est qu'une image statique. La durée pendant laquelle une paire de bases reste fermée est seulement de l'ordre de la milliseconde. La dénaturation thermique de l'ADN fournit un beau sujet d'étude pour le théoricien, mais que peut-on dire expérimentalement sur les fluctuations thermiques de l'ADN? Nous avons essayé d'obtenir des informations sur leur structuration spatiale par différentes méthodes, la diffraction de neutrons et l'analyse de données de biréfringence sous champ magnétique. Cependant les données brutes ne sont utiles que si elles son analysées à la lumière d'un modèle. Je discuterai ces résultats et, si le temps le permet, je montrerai que l'on peut faire des choses inattendues avec l'ADN, telles qu'un verre, pour lequel on peut définir et mesurer une "température fictive".

Tuesday, April 24th, 10:45 @ room 117
Information and thermodynamics: Experimental verification of Landauer's erasure principle

Sergio Ciliberto
Laboratoire de Physique, ENS-Lyon

Rolf Landauer argued that the erasure of information is a dissipative process . A minimal quantity of heat, proportional to the thermal energy, is necessarily produced when a classical bit of information is deleted. A direct consequence of this logically irreversible transformation is that the entropy of the environment increases unavoidably by a finite amount. We experimentally show the existence of the Landauer bound in a generic model of a one-bit memory. Using a system of a single colloidal particle trapped in a modulated double-well potential, we establish that the mean dissipated heat saturates at the Landauer bound in the limit of long erasure cycles. This result demonstrates the intimate link between information theory and thermodynamics.

Tuesday, March 27th, 14:00
Morphogenèse, auto-organisation et fracture dans des membranes minces

Fabian Brau,
Université de Mons

Comment s’organise la succession de plis dans un rideau de douche ? Nous montrerons qu'une déformation périodique localisée en un bord d'une membrane mince se relaxe le long de cette dernière par un agencement auto-organisé de zones de transition où les plis fusionnent. Qu’observerait-on si on décollait du papier peint d’un mur courbe ? Nous discuterons de l'influence de la courbure du substrat sur les trajectoires des fractures lorsqu'un film mince adhésif est décollé d’un tel support. Lorsque la peau du dos de la main est comprimée entre le pouce et l’index, des rides apparaissent. Comment évoluent ces dernières lorsque la compression augmente ? Nous discuterons des morphologies adoptées par une membrane mince reposant sur un substrat élastique et comprimée uniaxialement en son plan; nous soulignerons également l'influence de la rhéologie du substrat.

Friday, March 23rd, 10:45AM @ room 116
A statistical physics approach to compressed sensing

Florent Krzakala (PCT, ESPCI)

Compressed sensing is triggering a major evolution in signal acquisition that changes completely the way we think about experiments and measurements. The idea is that most data, signals and images, that are usually compressible and have redundancy, can be reconstructed from much fewer measurements than what was usually considered necessary, resulting in a drastic gain of time, cost, and measurement precision.
Compressed sensing consists in sampling a sparse signal using some random projections, and later using computational power for its exact reconstruction, so that only the necessary information is measured. This has been applied to many situations, from medical imagery and one-pixel-camera to confocal microscopy, acoustic holography or DNA micro-array analysis in biology.
In this talk, I will start by a general instruction to compressed sensing for physicists and discuss the state of the art reconstruction algorithms. Currently used reconstruction techniques are however limited to acquisition rates still higher than the true density of the signal. By using a mapping to a statistical physics problem, and motivated by the theory of crystal nucleation, I will introduce a new algorithm, and new measurement protocols, that achieves exact reconstruction of the signal even at measurement rates very close to the lowest possible ones.
References:
http://arxiv.org/abs/1109.4424
http://nuit-blanche.blogspot.com/p/teaching-compressed-sensing.html
http://nuit-blanche.blogspot.com/2011/09/stunning-development-in-breaking-donoho.html


Tuesday, March 20th, 15:00 @ room 117

Dominic Vella
University of Oxford

TBA

Friday, March 16th, 10:45 @ room 115
Soft Matter and Force Microscopy: Physics of single molecules

Mounir Maaloum
ICS / Strasbourg

In this talk I will review the research activities of our team in the field of physics and biophysics of soft matter, especially concerning the electrically charged macromolecules (DNA, polypeptide, synthetic polymers). The major issue in this field is to understand the physics of biopolymers, such as conformational and structural changes of these macromolecules under the action of an external force. I will discuss the challenges we have overcome to obtain and manipulate DNA and homopolypeptides, in order to determine their structure using atomic force microscopy. I'll show how these simple experiments illustrate a new highly sensitive approach to biological problems, in which physicists have combined their expertise to better understand them.

Wednesday, March 14th, 10:45
Extreme Coarse Graining for colloids and bio-molecules

G. Foffi
EPFL, Lausanne

TBA

Tuesday, March 13th, 10:45 @ room 116
Fragmentation d'objets déformables sur un micro-obstacle linéaire

Laurent Courbin
IPR, Rennes

Les techniques récentes de microfluidique permettent de produire des gouttelettes monodisperses de manière contrôlée et de les manipuler individuellement. Utilisées comme microréacteurs, ces gouttelettes sont l?élément de base d?applications digitales haut-débit permettant d?analyser un processus cinétique très rapidement, de manière fiable et en utilisant très peu d?échantillon. Le développement de telles applications nécessite de pouvoir réaliser et combiner diverses opérations élémentaires sur ces gouttes, telles que la dilution, la concentration, la fusion ou encore la fragmentation. Dans ce contexte, nous présentons une étude expérimentale, théorique et numérique de la fragmentation d'objets déformables (gouttes, bulles) sur un micro-obstacle linéaire, en commençant par les résultats obtenus dans le cas où la longueur de l'obstacle est de l'ordre de celle de l'objet considéré. Nous montrons l'existence de quatre régimes hydrodynamiques de fragmentation ainsi que le rôle crucial du contraste de viscosité entre les phases porteuse et dispersée. Nous décrivons un modèle simple permettant d'identifier les paramètres adimensionnés pertinents du problème, et de retrouver nos observations expérimentales. En utilisant par la suite des obstacles très longs, nous montrons qu'il est raisonnable de négliger les fluctuations dans ce système et d'établir un modèle très simple de type "champ moyen", rendant compte des expériences dans cette configuration. Enfin, nous discutons de l'émergence d'effets coopératifs que nous introduisons en autorisant des interactions hydrodynamiques entre gouttes. Dans ces régimes de fragmentation, les volumes des gouttes "filles" produites par la fragmentation d'une goutte "mère" deviennent des fonctions temporellement périodiques, signatures de dynamiques complexes.

Wednesday, March 7th, 10:45 @ room 117
Soft Matter Under Stress

Peter D. Olmsted
Soft Matter Physics Group School of Physics & Astronomy, University of Leeds, Leeds

The delicate nanostructure of soft matter, such as polymers, emulsions, and colloidal suspensions, can be self assembled or controlled for a variety of fascinating applications familiar in everyday life; this allows us to also study a variety of fundamental ideas about phase transitions, statistical mechanics, and non-equilibrium physics. Precisely because of the soft nanostructures, these materials are strongly susceptible to mechanical stresses and flow fieilds. I will discuss two examples of soft matter and our attempts to understand some of the interesting roles that mechanical forces play: (i) biomembranes, which are ubiquitous motifs whose important dynamical function is increasingly being recognized, and (ii) hydrodynamic instabilities and transitions in soft matter in flow, whose understanding is crucial to many common products, from plastics to shampoos to pastes.

Tuesday, March 6th, 10:45 @ "salle des Conseils"
Hollow Vortices

Stefan Llewellyn Smith
IMFT Toulouse // MAE, UCSD, La Jolla CA, USA

Hollow vortices are vortices whose interior is at rest. They posses vortex sheets on their boundaries and can be viewed as a desingularization of point vortices. We give a brief history of point vortices. We then obtain exact solutions for hollow vortices in linear and nonlinear strain and examine the properties of streets of hollow vortices. The former can be viewed as a canonical example of a hollow vortex in an arbitrary flow, and its stability properties depend. In the latter case, we reexamine the hollow vortex street of Baker, Saffman and Sheffield and examine its stability to arbitrary disturbances, and then investigate the double hollow vortex street. Implications and extensions of this work are discussed.

Tuesday, February 21st, 10:45AM @ room 116
Flow of dense mixed suspensions: liquefaction, avalanches and fluidofracture

Renaud Toussaint
IPGS / EOST, Université de Strasbourg

When fluid pressure gradients rises to sufficiently high levels in porous media, seepage forces can lead to irreversible flow of the solid matrix. This process is unstable, and leads to high permeability channel formation. We will present here experimental and numerical results on this channel formation and the characterization of their dynamics. We will address the following situations:
. Friction in a sheared dense fluid/granular mixture: The impact of lubrication effects in avalanches with long runoff and liquefaction is urging for models, as those tested on the simple flows presented here. We will present some results on the influence of intersticial fluids on sheared granular layers, and show that pore pressurization and liquefaction can also occur in drained soils initially compacted.
. Saffman Taylor like instability: Transition from fingering to fracture during fluid injection in dense grain packing. We show how depending on the diffusion of the overpressure versus the propagation of solid stress transfer in a medium, one transits from a bubble like pattern to a fracturing pattern during the injection of fluid in the packing. We also study the pattern formation in the decompaction process starting from free boundaries during fluid extraction, and the formation of channels and fractures around injection chambers or gravitationally pressurized chambers. Thresholds of pressures are determined for the formation of these preferential paths. The geometry of these channels, their fractal dimension and other characteristics, are extracted from experiments and simulations. This allows to study a granular/fluid analog of the Saffman Taylor instability.
. Rayleigh Taylor like instability: mixing and front growth during sedimentation. This granular fluid analog of the Rayleigh Taylor instability is studied: for fluids of various compressibility and viscosities, we look at the development of a decompaction front at the bottom of dense grains falling in a clear fluid. This corresponds to a granular analog to the Rayleigh Taylor instability. The analyses of the granular density profile under the packing reveals that it follows a Family Vicsek scaling with an anomalous diffusion exponent around 0.75, a Hurst exponent around 0.75 and a dynamic exponent around 1.

Tuesday, February 7th, 10:45AM @room 117
Stress focusing and collapse of a thin elastic sheet subjected to constant pressure

Eugenio Hamm
USACH, Chile

Thin elastic sheets and shells are prone to focus stress when forced, due to their near inextensibility. Singular structures such as ridges, vertices, and folds arising from wrinkles, are characteristic of the deformation of such systems. Usually the forcing is exerted at the boundaries or at specific points of the surface, in displacement controlled experiments. On the other hand, much of the phenomenology of stress focusing can be found at micro and nanoscales, in physics and biology, making it universal. We will consider the ultimate post-buckling regime of a thin elastic sheet that is subjected to a constant pressure. Specifically, we will present experiments made on thin elastoplastic sheets that collapse under atmospheric pressure. For instance, in vacuum-sealing technology, when a flat plastic bag is forced to wrap a solid body, a series of self-contacts and folds develop. The unfolded bag shows a pattern of scars whose structure is determined by the geometry of the body and by the exact way it stuck by friction to the surface of the body. Inspired by this everyday example we study the geometry of folds that result from collapsing a hermetic bag on regular rigid bodies.

Tuesday, January 31st, 10:45 @room 116
Etude des Interactions entre Membranes Lipidiques Supportées

T. Charitat,
Institut Charles Sadron, Université de Strasbourg

[Abstract]

Wednesday, Februray 1st, 10:45AM @room 117
Nonlocal and nonlinear hydrodynamics of swimming cells

Eric Lauga
University of California, San Diego

Hydrodynamics plays a crucial role in many cellular processes. One example is the locomotion of cells such as bacteria, spermatozoa, and essentially half of the microorganisms on earth. These organisms typically possess flagella, slender whiplike appendages which are actuated in a periodic fashion in a fluid environment, thereby giving rise to propulsion. The basic physics of fluid-based cell locomotion was laid out in the 1950-70s by applied mathematicians. A recent resurgence in the field driven by new experimental data has allowed the community to ask a new series of questions on the nonlinear and nonlocal hydrodynamics of swimming cells. After a short introduction to the field, we present our recent work on the nonlocal and nonlinear hydrodynamics of swimming cells. We first model the observed synchronization of flagella between cells swimming in close proximity. We then determine the diffusive behavior of cells in noisy environments. We finally address the locomotion of cells in complex (polymeric) fluids. We conclude by presenting an overview of our current modeling work in small-scale mechanics

Friday, January 20th, 11:15AM, @ room 116
Connectedness percolation of polydisperse nanofillers

Paul van der Schoot
Group Theory of Polymers and Soft Matter, Eindhoven University of Technology, and Institute for Theoretical Physics, University of Utrecht, The Netherlands

There is considerable industrial interest in novel flexible, transparent electrodes for electro-optical applications, also because of dwindling natural reserves of indium, a component of transparent electrodes used, e.g., in LCD display technology. For this purpose frantic research is currently being conducted worldwide into polymeric composites containing electrically conducting inorganic and metallic nanowires, carbon nanotubes, grafite flakes, graphene and so on. One of the objectives of this work is to get as high as possible a conduction for as low as possible a nanoparticle loading but progress is slow. Unclear is why, e.g., carbon nanotubes dispersed in plastic matrix materials can have such widely diverging electrical percolation thresholds even when their mean physical dimensions and other characteristics seem very similar. In an effort to shed light on this, we applied continuous space connectedness percolation theory to collections of anisometric particle s with arbitrary polydispersity in length, width and levels of conduction between them. We find that the percolation threshold is extremely sensitive to even quite modest degrees of polydispersity and of alignment incurred in the processing of the fluid composites before they set and become the final solid product. We also find that the way polydispersity influences the percolation threshold depends on whether or not the length and width distributions are dependent on each other. Finally, we make connection between percolation of rods in continuous space and that on a Bethe lattice.

Friday, January 13th, 10:45AM @ room 116
DNA bubbles and bending: how conformational fluctuations modify base pairing

Manoel Manghi
Université de Toulouse, UPS and CNRS, Laboratoire de Physique Théorique (IRSAMC), Toulouse

DNA denaturation is a physical process in the course of which the double strand can open locally thanks to thermal fluctuations. Within a denaturation bubble the two fluctuating single strands have a bending rigidity 50 times weaker than that of the unopened helix, which increase its conformational entropy. The DNA conformation will in turn influence the bubble creation process. This mutual influence naturally leads to a theoretical model coupling the local internal DNA states (open or closed base pairs) and the local DNA elasticity. This internal-external coupling allows us to address and answer still open questions, such as how conformational fluctuations modify its thermal denaturation, and why DNA chains are kinked when observed on surfaces by AFM. Finally, this elastic-base pairing coupling holds the key to studying the closure dynamics of a pre-equilibrated denaturation bubble and yields insight into the long closure times observed experimentally.

Tuesday, January 10th, 10:45AM @ room 116
Effet Lehmann des cristaux liquides cholestériques: 110 ans d'âge et toujours incompris !

Patrick Oswald
Laboratoire de Physique, ENS-Lyon

En dopant un cristal liquide nématique avec des molécules chirales on obtient une phase cholestérique. Dans cette phase, les molécules adoptent une configuration en hélice dans une direction de l’espace. En 1900 Otto Lehmann découvre qu’au point de clarification du cristal liquide, les gouttes cholestériques qui coexistent avec le liquide isotrope tournent sans s’arrêter quand elles sont soumises à un gradient de température. Soixante dix ans plus tard, F.M. Leslie développe une théorie hydrodynamique des nématiques et des cholestériques. Dans ce cadre, il démontre à l’aide d’arguments de symétrie que, si la phase est chirale, les molécules subissent un couple proportionnel au gradient thermique et il propose que ce dernier soit responsable de l’effet Lehmann, une explication admise jusqu’à aujourd’hui. Sous l’action d’un gradient thermique ces textures tournent à vitesse constante.
De gauche à droite on voit les branches d’extinction d’une ligne de disinclinaison dans un échantillon planaire, la texture en bandes de gouttes cholestériques qui coexistent avec le liquide isotrope à la température de clarification et une spirale de doigts cholestériques.
A l’aide d’expériences statiques et dynamiques (voir photos), nous allons montrer que le couple thermomécanique de Leslie existe bel et bien, mais qu’il n’est pas suffisamment efficace pour expliquer l’effet Lehmann, lequel est donc toujours incompris. Nous discuterons aussi le cas des cholestériques compensés où la torsion s’annule et change de signe à une certaine température et montrerons comment nous avons résolu avec Alain Dequidt une polémique qui a opposé théoriciens (de Gennes mais surtout Pleiner et Brand) et expérimentateurs (Eber et Janossy puis Padmini et Madhusudana) dans les années 80-90.

Friday, December 16th, 10:30AM @ room 117
Effets des parois sur les écoulements de fluides simples et complexes

Catherine Barentin
LPMCN, Lyon

Dans ce séminaire, je présenterai deux études qui mettent en évidence l'importance des conditions aux limites et des interfaces sur les écoulements de fluides. Le première étude théorique porte sur le glissement de fluides simples au voisinage de surfaces dites super-hydrophobes, connues pour leurs propriétés super-lubrifiantes. Je présenterai à la fois un calcul semi-analytique ainsi que des lois d'échelle permettant de prédire le glissement en fonction des caractéristiques des surfaces. Je m'intéresserai en particulier à des surfaces super-hydrophobes fractales pour lesquelles il n'existait encore aucune prédiction. La deuxième étude expérimentale porte sur l'ascension capillaire de fluides complexes. Un résultat surprenant au premier abord est l'absence de dépendance entre la hauteur finale et la taille du capillaire. A l'aide d'un modèle basé sur la rhéologie des fluides à seuil, je décrirai à la fois la hauteur finale d'ascension ainsi que la dynamique de l'ascension capillaire. Je conclurai ce séminaire par quelques perspectives.

Friday, December 9th, 10:45AM
Statistical modeling of DNA replication and statistical physics: deux histoires

John Bechhoefer
Dept. of Physics Simon Fraser University Burnaby, BC Canada

When a cell replicates its DNA, each base must be copied once and only once per cell cycle. A failure to complete replication normally can lead to cell death, or worse. In this talk, I will discuss how ideas from statistical physics can help understand how replication is organized and controlled. We focus on two successful applications. In the first, we show how the replication of budding yeast, long thought to have deterministic timing control, is controlled by stochastic mechanisms. In the second, we show that the DNA replication program in B cells is altered during development, as the cell commits to producing a particular antibody. The overall theme is that passive stochastic control of the replication program plays a more important role than had been believed until recently.

Tuesday, December 6th, 10:45AM
Roles of icosahedral and crystal-like order in hard spheres glass transition

Mathieu Leocmach
Department of Applied Physics, School of Engineering, The University of Tokyo

A link between local structural ordering and slow dynamics has recently attracted much attention from the context of the origin of glassy slow dynamics [1, 2]. There have been a few candidates for such structural order [3, 4], icosahedral order, exotic amorphous order, and crystal-like order. Each type of order is linked to a different scenario of glass transition. Thus, revealing the order responsible for slow dynamics is crucial for our understanding of the glass transition. Here we experimentally access local structural order in polydisperse hard spheres by its particle-level observation with confocal microscopy. We identify the key structures as icosahedral and face-centred-cubic(fcc)-like order, excluding any other simple local symmetry. We find that both types of order are statistically associated with slow particles. However, when approaching the glass transition, the icosahedral order does not grow in size whereas crystal-like structures grow. It is the latter that governs the dynamics and is linked to dynamic heterogeneity. This questions the direct roles of the icosahedral ordering in glassy slow dynamics and stresses the importance of the structural order compatible with the avoided first order transition, crystallization. Our finding also suggests that the growing lengthscale of structural order is essential for the slowing down of dynamics and the nonlocal cooperativity in particle motion.
References : [1] Cavagna, A. Supercooled liquids for pedestrians. Physics Reports 476, 51124, 2009.
[2] Berthier, L. & Biroli, G. Theoretical perspective on the glass transition and amorphous materials. Rev. Mod. Phys. 83, 587, 2011.
[3] Steinhardt, P., Nelson, D. & Ronchetti, M. Bond-orientational order in liquids and glasses. Phys. Rev. B 28, 784805, 1983.
[4] Tarjus, G., Kivelson, S. A., Nussinov, Z. & Viot, P. The frustration-based approach of super-cooled liquids and the glass transition: a review and critical assessment. J. Phys.: Condens. Matter 17, R114R1182, 2005.
[5] Lubchenko, V. & Wolynes, P. Theory of structural glasses and supercooled liquids. Annu. Rev. Phys. Chem. 58, 235266, 2007.
[6] Tanaka, H., Kawasaki, T., Shintani, H. & Watanabe, K. Critical-like behaviour of glass-forming liquids. Nature materials 9, 324Ð31, 2010.

Friday, December 2nd, 10:45AM
Axial dipolar dynamo action in the Taylor-Green vortex

Giorgio Krstulovic
Laboratoire Cassiopée Observatoire de la Côte d'Azur.

We present a numerical study of the magnetic field generated by the Taylor-Green vortex. We show that periodic boundary conditions can be used to mimic realistic boundary conditions by prescribing the symmetries of the velocity and magnetic fields. This gives insight in some problems of central interest for dynamos: the possible effect of velocity fluctuations on the dynamo threshold, the role of boundary conditions on the threshold and on the geometry of the magnetic field generated by dynamo action. In particular, we show that an axial dipolar dynamo similar to the one observed in a recent experiment can be obtained with an appropriate choice of the symmetries of the magnetic field. The nonlinear saturation is studied and a simple model explaining the magnetic Prandtl number dependence of the super/sub critical nature of the dynamo transition is given.

Friday, November 25th, 10:45AM
Cinétique non-markovienne de réactions impliquant des polymères

Thomas Guérin
LPTMC Université Paris 6

Dans ce séminaire je présenterai deux problèmes très différents de cinétique dans des systèmes complexes. Dans le premier problème, nous examinons les comportements complexes de moteurs moléculaires connectés par un élément rigide. Un exemple de tel comportement est la génération d'oscillations spontanées, qui pourraient jouer une rôle dans les oscillations de muscles cardiaques ou le battement de flagelles. De telles oscillations ont récemment été observées dans des conditions in vitro, et nous les comparons à une théorie. Nous décrivons ensuite une autre instabilité jouant un rôle dans le transport intracellulaire, le mouvement bidirectionnel, au cours duquel on assiste à des inversions de vitesse d'une assemblée de moteurs. Nous calculons un potentiel effectif hors équilibre dans ce système actif et dérivons une formule analytique pour le temps de renversement de la vitesse, révélant ainsi l'existence d'un nombre minimal de moteurs requis pour observer le mouvement bidirectionnel.
Dans un deuxième temps j'aborderai des questions de cinétique de réaction entre molécules attachées à des polymères. Des exemples de telles réactions sont la formation de boucle dans un polymère (réaction de «cyclisation»), ou la réaction d'un monomère donné avec une cible fixe en espace confiné. Ces deux problèmes sont inspirés de interviennent potentiellement dans des situations biologiques (formation de boucles dans l’ADN ou lors du repliement d’une protéine, «recherche» du noyau d’une cellule par un génome viral...). Ce sont des problèmes non-markoviens car ils comportent des variables cachées (les positions de tous les monomères), à ce jour il n’existe aucune théorie pouvant reproduire les résultats de simulations numériques. La plupart des théories existantes tentent de remplacer le problème non-markovien par un problème markovien effectif. Nous proposons une théorie permettant de garder le caractère non-markovien du problème et qui permet de calculer de manière approchée la distribution de probabilité des variables cachées au moment de la réaction. Nous obtenons des résultats qui correspondent très bien aux simulations numériques.

Tuesday, November 22nd, 10:45AM
Jamming and stress organization in a concentrated colloidal suspension

Pascal Hébraud
IPCMS, Strasbourg, France

When stress is applied to a concentrated colloidal suspension, the organization of the particles ceases to be isotropic. This leads to a wide range of rheological properties : at low shear rates, the particles organize along layers that slide one above the other, and the suspension is shear thinning. But, at higher shear rates, one observes an increase of the viscosity of the suspension. In some cases, it is observed that the suspension self- organizes in such a way that the flow stops. We will present an experimental study of the flow jamming of a concentrated suspension of silica particules in water. In particular, we will show that, at flow cessation, the suspension becomes dilatant. In a second part, we will perform numerical simulation in order to describe the orga- nization of the particles and of the stress field . We will first study the transition of an isotropic suspension to an anisotropic organization of the particles when a stress is applied, at the onset of flow, and show that the lubrication stress in the compression quadrant of the flow makes a significant contribution to the yield stress of the suspen- sion. Then, we study the organization of the particles in the stationary flow regime, and show that, although the suspension may remain isotropic, the interparticle stress field may be heterogeneous.

Tuesday, November 8th, 10:45 AM
Single-Molecule Stochastic Resonance

Felix Ritort
Small Biosystems Lab, Facultat de Fisica, Universitat de Barcelona

Stochastic resonance (SR) is a well known phenomenon in dynamical systems. It consists of the amplification and optimization of the response of the system assisted by intrinsic stochastic noise. SR has been studied in a large variety of systems, including climate dynamics, colloidal particles, biological systems, and quantum systems. With the recent advent of single molecule techniques, it is nowadays possible to measure SR at the level of individual molecules. We investigated SR in DNA hairpins which exhibit cooperatively folding/unfolding transitions under the action of an applied oscillating mechanical force using optical tweezers. We measured several SR quantifiers under varied conditions of the experimental setup to find resonant effects at frequencies related to the hopping rate of the hairpin measured at the co-existence force. Finally SR might be useful for extracting kinetic rates of poorly resolved or short-lived molecular states in molecular biophysics. To show this we carried out oscillating force experiments and measured the kinetic rate of a short DNA hairpin whose change in molecular extension between folded/unfolded states could not be resolved from the Brownian noise in the hopping traces. This is achieved by introducing a new technique, termed differential stochastic resonance (DSR), useful for discriminating specific resonant frequencies in the presence of broadband internal noise.

Tuesday, October 11th, 10:00AM, @ room 115
Pattern Formation in Discrete Population Models

Tommaso Biancalani
School of Physics and Astronomy - The University of Manchester

The emergence of regular spatial structures (patterns) in population models is usually explained by means of a linear instability of an homogeneous state. This mechanism is often called "Turing instability" which has been developed in the framework of partial differential equations. However, using PDEs requires that every population be considered as a continuous fluid, a non-appropriate description when the number of degrees of freedoms is not macroscopic. To overcome this stochastic models have been introduced, appropriate given the noise created as a consequence of the discreteness of the system. In this talk I will revisit the pattern instabilities in the context of stochastic models. Specifically, I will show that taking into account the discreteness of the populations enhances the parameter region for which patterns arise. These new states are called "stochastic patterns" and their emergence as well as the shape can be successfully characterised using techniques from stochastic process.

Tuesday, September 20th, 10:45AM:
Prédire les catastrophes?

Yves Pomeau,
Department of Mathematics, University of Arizona, Tucson, USA

Les catastrophes se présentent comme de grandes et rapides variations de systèmes dynamiques, variations dues à l'évolution intrinsèque de ces systèmes. On peut penser par exemple au cas des tremblements de terre ou les grands évènements sont séparés par des intervalles de l'ordre de la centaine d'années, alors que leur durée est de l'ordre d'une fraction de minute. Cette existence manifeste d'un petit paramètre incite à réfléchir à des explications reposant précisément sur un petit paramètre (10^(-8) pour le rapport des temps dans les tremblements de terre). Je montrerais qu'il existe deux classes de modèles dynamiques décrivant ces catastrophes, l'un avec ralentissement critique juste avant la catastrophe, l'autre avec une accélération uniforme, ce dernier cas étant celui des modèles de stick-slip de la friction solide (et donc des tremblements de terre). J'essaierai de montrer qu'on pourrait prédire l'arrivée de la catastrophe par les changements de la réponse du système a une source de bruit de Langevin. Ce travail a été fait en collaboration avec Martine Le Berre.

Tuesday, September 13th, 10:45AM
Poudre métallique et réseaux aléatoires.

Bernard Castaing
Laboratoire de Physique, ENS-Lyon

La conduction d'une poudre métallique est contrôlée par l'oxyde qui recouvre les grains. Comme on le verra, cela conduit à une très large distribution des résistances de contact. Cependant, il suffit que l'échantillon ait une dimension de quelques diamètres de grains pour que la poudre se conduise comme un milieu homogène effectif. Nous discuterons de ce paradoxe à l'aide des études sur les réseaux aléatoires, et nous montrerons que la large distribution des résistances de contact a quand même une signature bien visible.



PAST SEMINARS 2010-2011



Tuesday, July 12th, 10:45AM:
Criticalité de la Percolation Dirigée et Hystérésis dans les Cristaux Liquides Turbulents

Kazumasa A. TAKEUCHI,
Dept. of Physics, Univ. of Tokyo, Japan

Je présente le premier exemple expérimental du comportement critique dans la classe de la percolation dirigée (DP), la classe hors-équilibre la plus fondamentale parmi les transitions vers un état absorbant. La transition trouvée se situe entre deux états turbulents des cristaux liquides nématiques forcés par un champ électrique. Trois séries d'expériences ont été effectuées pour caractériser les phénomènes critiques statiques et dynamiques, et tous les exposants critiques indépendants ainsi que des fonctions d'échelle et des relations d'échelle se sont avérés en accord avec la classe DP. Outre son importance fondamentale, ce résultat permet d'expliquer l'hystérésis de cette transition, dont la largeur de boucle obéit à une loi de puissance avec un exposant relié à ceux de la classe DP. Je propose cette loi d'échelle comme moyen utile pour étudier des systèmes dont l'observation directe des phénomènes critiques est difficile. [1] K. A. Takeuchi, M. Kuroda, H. Chaté and M. Sano, Phys. Rev. Lett. 99, 234503 (2007); Phys. Rev. E 80, 051116 (2009). [2] K. A. Takeuchi, Phys. Rev. E 77, 030103(R) (2008).

Tuesday, July 5th, 14:00
Instabilité visqueuse entre deux fluides immiscibles dans un milieu poreux bidimensionnel désordonné

Yves Méheust
Géosciences Rennes

Dans un article désormais célèbre, P. G. Saffman et G. Taylor (1958) ont étudié la stabilité de l'interface entre deux fluides immiscibles qui s'écoulent, l'un déplaçant l'autre, dans une cellule de Hele-Shaw. Selon leurs contrastes de densité et/ou de viscosité et la direction de l'écoulement, une digitation peut se développer à l'interface. La tension de surface agit alors comme un mécanisme de sélection des longueurs d'onde instables. Au contraire, lorsque la cellule est occupée par un milieu poreux bidimensionnel désordonné, les forces capillaires pilotent le déplacement de l'interface à l'échelle du pore, par sélection des zones de moindre résistance au déplacement le long de l'interface. Les structures de déplacement observées sont alors beaucoup plus rugueuses et torturées, et présentent une invariance d'échelle. À partir d'expériences où le milieu poreux est une mono-couche de billes de verres, j'aborderai le cas du drainage d'un liquide visqueux par un gaz. Les déplacements quasi-statiques donnent lieu à la digitation capillaire, qui est bien modélisée par la percolation d'invasion. Les déplacements suffisamment rapides font quant à eux apparaître une structure de déplacement branchée fractale typique de la digitation visqueuse, à laquelle l'aggrégation limitée par la diffusion (DLA) a longtemps été considérée équivalente. En présence d'une gravité stabilisante, la digitation visqueuse se produit au-delà d'un seuil de débit identique au seuil déterminé par Saffman et Taylor. Pour autant, les deux processus de croissance de la digitation, avec et sans milieu poreux dans la cellule, ne sont pas forcément équivalents. À partir de la densité d'occupation du milieu par le fluide déplaçant, de la comparaison entre les pressions mesurées dans l'expérience et le champ de pression autour d'un doigt de Saffman-Taylor, de l'analyse des angles de branchement des structures de déplacement expérimentales, et d'arguments théoriques simples, je m'efforcerai de montrer que la digitation de Saffman-Taylor et la digitation visqueuse en milieu poreux 2D n'appartiennent pas aux mêmes classes d'universalité des processus de croissance: la première est un processus de croissance laplacienne, l'autre est du type DBM (dielectric breakdown model) d'exposant proche de 2. J'aborderai également le changement d'échelle dans ce type de systèmes: quel que soit le débit imposé, on observe toujours de la digitation visqueuse, à condition d'explorer des échelles suffisamment grandes.

Tuesday, June 21st, 10:45AM:
Emulsions stabilisées par des particules colloïdales stimulables

Fernando Léal-Caldéron
Laboratoire Chimie et Biologie des Membranes et des Nanoobjets , Pessac

Il y a plus d’un siècle, Ramsden et Pickering ont démontré l’aptitude de particules colloïdales amphiphiles à stabiliser des émulsions. Depuis une quinzaine d’années, ces systèmes ont connu un regain d’intérêt, d’autant plus marqué que l’amélioration des procédés de synthèse et de fonctionnalisation permet aujourd’hui de produire des particules dont la nature, la forme, la taille et la mouillabilité sont extrêmement variées. Les contributions les plus récentes concernent les émulsions stabilisées par des particules présentant une sensibilité à des stimuli tels que le pH, la salinité, la température. Les émulsions qui en résultent sont elles aussi stimulables et, en particulier, il est possible de provoquer leur déstabilisation « à la demande ». L’objectif de notre travail a été d’établir des concepts généraux régissant la stabilisation/déstabilisation des émulsions formulées en présence de particules colloïdales stimulables. Notre stratégie allie la nano-ingénierie colloïdale pour la synthèse de particules modulables à la science des émulsions. Nous avons ainsi fait varier de façon continue les propriétés des particules en termes de mouillabilité, charge et déformabilité. La grande diversité des systèmes étudiés a permis d’établir une cartographie des comportements et d’en déduire les paramètres clefs qui contrôlent les propriétés des émulsions (stabilité, type d’émulsion, état de dispersion...). Dans la première partie de l’exposé, nous proposons une étude détaillée concernant des émulsions stabilisées par des particules solides dont l’hydrophilie peut être modulée par la chimie de surface ou par les conditions physico-chimiques de la phase aqueuse (pH et/ou force ionique). Nous montrons que deux états métastables des émulsions sont accessibles. L’un est caractérisé par un arrangement compact de particules aux interfaces. De façon plus surprenante, le deuxième état met en jeu de très faibles quantités de particules adsorbées, localisées préférentiellement dans films séparant les gouttes au contact. Un diagramme de comportements génériques est proposé. La deuxième partie est dédiée aux émulsions stabilisées par des particules déformables. Pour cela, nous avons synthétisé des particules polymériques faiblement réticulées appelées microgels. Une fois adsorbés aux interfaces huile/eau, ces particules interagissent avec leurs voisines par l’intermédiaire d’enchevêtrements de leurs chaînes périphériques. Ces derniers sont d’autant plus probables que les particules sont déformables. Nous montrons que la déformabilité, modulable via la température ou le taux de réticulation, est un paramètre déterminant pour le contrôle de la stabilité des émulsions.


Thursday, June 16th, 10:00AM:
Waves, turbulence and zonal jets in Charney-Hassegawa-Mima model.

Sergey Nazarenko
Mathematics Institute University of Warwick, Coventry UK

I will talk about the zonostrophy invariant which makes energy cascade anisotropically to large-scale zonal jets, modulational instability of drift/Rossby waves, suppression of small-scale turbulence by jets. All these processes contribute to a self-regulating life cycle of turbulence, which has particularly interesting implications for the Low-High transitions in plasmas, and likely to be important for planetary weather and climate systems.


Wednesday, June 15th, 10:30AM (room 116)
Long-range correlations in driven, non-equilibrium systems

David Mukamel
The Weizmann Institute of Science, Rehovot, Israel

The interplay between the statistical properties of non-equilibrium systems systems with long-range interactions in equilibrium will be discussed. Driven systems tend to exhibit long-range correlations, resulting from the non detailed balance nature of their dynamics. Such correlations can sometimes be expressed by effective long-range interactions, even in cases where the dynamics is local. On the other hand studies of equilibrium systems with long-range interactions have demonstrated that they exhibit some unusual properties, such as inequivalence of statistical ensembles, negative specific heat and slow relaxation processes, with diverging characteristic time with the system size. Such features in driven systems with local dynamics will be demonstrated and some similarities between these two classes of systems will be discussed.

Tuesday, June 14th, 10:45AM:
Plaques minces en déchirement

Elsa Bayart
PMMH, ESPCI

Lors de ce séminaire, je présenterai un travail qui aborde les problèmes de propagation et d’interactions de fissures dans une plaque mince, dans une configuration de déchirement. Nous avons réalisé une expérience qui permet de reproduire le geste que l’on fait lorsque l’on déchire une feuille de papier. Il s’agit d’abord de connaître la trajectoire d’une fissure dans un matériau homogène et isotrope. Puis nous nous attachons à comprendre comment l’énergie introduite à grande échelle, à travers les déformations élastiques, est focalisée à la pointe de la fissure afin de permettre sa propagation. Dans un deuxième temps, nous examinons les trajectoires de deux fissures interagissantes. Nous proposons un modèle simple permettant d’expliquer la forme des motifs observés.

Tuesday, May 24th, 10:45AM:
Transition between 2D and 3D forced MHD turbulence

Alban Potherat,
Applied Mathematics Research Centre, Coventry University

Channel flows under a strong homogeneous, transverse magnetic field are known to be quasi-two dimensional in the sense that they are invariant along the field lines, except in the vicinity of the walls where boundary layers develop. In the abundant literature on these flows, quasi-two dimensional MHD turbulence is most of the time studied as an established state, or as an asymptotic state, reached after a magnetic field is suddenly imposed on a initially isotropic state. Here, we are rather interested in the forced, established turbulent state, either two or three-dimensional, and the mechanisms by which three-dimensionality appears in an initially quasi two-dimensional flow, when the forcing is increased step-wise. We present our latest experimental results on a flow of electrically driven vortices in a cubic container under homogeneous magnetic field. At low magnetic field the flow exhibits some strong three-dimensionality in a nearly steady regime, as Y-shaped vortice appear. Under high magnetic fields, on the other hand, the flow remains close to quasi two-dimensionality when it becomes unsteady and three dimensionality appears when the forcing is further increased. We also show that the electrodes where the current is injected are themselves responsible for local three-dimensionality.

Tuesday, May 10th, 10:45AM:
Mesures de la force de Casimir à basse température

Justine Laurent
Laboratoire de Physique, ENS-Lyon

La force de Casimir, du nom du physicien qui prédit en 1948 l'existence de cette force attractive dans la configuration idéale de deux miroirs parfaits, plans et parallèles, est d'origine purement quantique. Elle résulte de l'existence des fluctuations quantiques de point zéro du champ électromagnétique et joue un rôle prépondérant dans le fonctionnement des nanosystèmes mécaniques en cours de développement et qui pourraient dans les années futures révolutionner l'industrie de la microélectronique. Pourtant, les effets correctifs liés à la conductivité des surfaces ou à l'empilement diélectrique des couches commencent seulement à être étudiés. L'objet du travail expérimental développé durant cette thèse a été la réalisation d'un appareil de mesure de forces faibles entre deux surfaces de tailles micrométriques en vue de l'étude de la force de Casimir. Nous avons adapté la technique mise au point au cours de la thèse de G. Jourdan à un environnement cryogénique afin d'atteindre les sensibilités en force requises pour l'étude de surfaces complexes. Au cours de ce séminaire, je décrirai ce nouvel appareil et ses performances. Je développerai ainsi l’étude de l'amortissement visqueux de la sonde de force (un microlevier AFM avec une sphère collée à son extrémité) engendré par le confinement du fluide environnant. Je montrerai également des effets opto-mécaniques induits par le bruit laser à 4K. Enfin, nos premiers tests entre deux surfaces d'or de faible rugosité nous ont amenés à lutter contre une force parasite. Nous avons déterminé l'origine de cette force et réussi à la contrer. Je terminerai l’exposé par la mesure de la force de Casimir entre une sphère en or et un échantillon de silicium.


Friday, April 22nd, 10:45AM:
Sur la non-robustesse des modèles fARIMA

Darryl Veitch
Dept. of Elect. & Electronic Eng., University of Melbourne, Australia

Les modèles fARIMA pour les séries temporelles, qui modélisent la propriété de mémoire longue, trouvent applications dans divers domaines. A travers la caractérisation précise de leurs spectre, fonction d'auto-covariance et fonction variance-temps, nous démontrons que cette famille est très atypique parmi les processus à mémoire longue, étant très (trop) proche du modèle de référence que constitue le bruit (gaussien) fractionnaire. En outre, nous montrons que cette proximité au modèle de référence n'est pas robuste vis-à-vis de bruits additifs. Nous maintenons que l'utilisation des fARIMA, et plus généralement les séries temporelles obtenues par différence fractionnaire, mérite d'être réévaluée, en particulier dans les situations où le taux de convergence sous rescaling est important, ou lorsque la présence du bruit est attendue.

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The FARIMA models, which have long-range-dependence (LRD), are widely used in many areas. Through deriving a precise characterization of the spectrum, auto-covariance function, and variance time function, we show that this family is very atypical among LRD processes, being extremely close (too close) to the fractional Gaussian noise in a precise sense. Furthermore, we show that this closeness property is not robust to additive noise. We argue that the use of FARIMA, and more generally fractionally differenced time series, should be reassessed in some contexts, in particular when convergence rate under rescaling is important and noise is expected.

Tuesday, April 19th, 10:45AM:
Cooperativity and diffusion in sheared amorphous media

Kirsten Martens

It is a well accepted point of view that the flow of amorphous media is realized via local plastic events that correspond to small rearrangements in the disordered structure. When such materials are actively deformed, the local plastic events will organize into avalanches, that span the whole system in the limit of small strain rates. In this talk I will describe how this cooperative behavior influences diffusion in the sheared material and I will show a direct relation between the diffusion coefficient and the dynamical susceptibility. Considering experiments this means that the measure of the often more easily accessible diffusion coefficient of tracer particles in a sheared disordered material can provide detailed inside into its microscopic rheology.

Wednesday, April 13th, 10 AM (room 116):
DNA breathing dynamics: Analytic results for distribution functions of relevant Brownian functionals

Shamik GUPTA
ENS Lyon

In this talk, I will address the dynamics of fluctuating loops or bubbles formed inside a DNA double strand due to thermal fluctuations. The bubble dynamics may be considered as an overdamped random walk in the number of broken base pairs forming the bubble, with the walk taking place in an underlying Poland-Scheraga free energy landscape. I will discuss our recent results on probability distributions of several experimentally relevant quantities that characterize the bubble dynamics. In particular, I will show how the recently studied backward Fokker-Planck method and the path decomposition method may be adopted as elegant and flexible tools for deriving these distributions.
Reference: arXiv:1012.0770, To appear in Phys. Rev E (2011).

Tuesday, April 12th, 10:45AM:
turbulence bidimensionnelle et convection thermique

Fanny Seychelles
Laboratoire de Physique, ENS-Lyon

L’hydrodynamique à deux dimensions est d’un intérêt majeur pour la compréhension des phénomènes atmosphériques divers comme la formation de structures tels les cyclones ou les ouragans. La convection thermique comme moteur est probablement essentielle. Depuis quelques années déjà, les films de savon représentent un outil idéal dans le cadre de l’étude de la turbulence à deux dimensions. Le sujet présenté ici est l’étude de la convection thermique dans une demi-bulle de savon. Le gradient thermique entre l’équateur et le pôle engendre une turbulence autour de l’équateur et donne naissance à des structures tourbillonnaires uniques de grandes tailles proches du pôle. Ces tourbillons évoluent de manière aléatoire à la surface de la demi-bulle. Dans un premier temps, on s’ intéresse à la caractérisation du mouvement de ces structures. L’étude du déplacement quadratique moyen du centre du tourbillon montre une loi d’échelle qui illustre un comportement super-diffusif. Au-delà d’une analogie qualitative de nos vortex avec les structures de grandes échelles tels les cyclones, nous avons mis en évidence une dynamique identique à nos tourbillons pour les ouragans et cyclones. Dans une deuxième partie, je présenterais une étude de la turbulence engendrée par la convection thermique a également. Nous verrons plus particulièrement, une étude sur les fluctuations d’épaisseur mais aussi du champ de vitesse et de température. En ce qui concerne l’épaisseur, les résultats obtenus sont en accord avec la théorie concernant la turbulence stratifiée. Parallèlement, la température présente une transition étonnante d’un comportement intermittent pour les gradients de température faible, à un comportement non intermittent lorsque l’on accroît le gradient de température. Cette dynamique est corrélée avec celle du champ de vitesse qui montre également cette transition.


Tuesday, March 29th, 10:45AM:
"Système expérimental modèle d'un fluide actif polaire"

Julien Deseigne
LPMCN, Lyon


Les mouvements collectifs observés dans la nature, tels les nuées d'étourneaux ou les bancs de poissons, peuvent être décrits dans le cadre d'un nouveau type de matière condensée fondamentalement hors d'équilibre : la matière active polaire. Elle est constituée de particules, dites polaires, capables d'utiliser de l'énergie qu'on leur injecte pour se mouvoir dans une direction propre. Nous avons réalisé un système bidimensionnel de disques polaires soumis à une vibration homogène qui n'interagissent que par contact. Ces disques se comportent comme des marcheurs aléatoires, dont les trajectoires présentent une longueur de persistance grande devant leur taille et contrôlée par les fluctuations angulaires de la polarité des disques. Les modes d'alignement résultant du couplage entre la persistance du mouvement et l'interaction de coeur dur entre les particules sont complexes. En particulier, nous observons que seules 10% des collisions se traduisent par un alignement effectif de type ferromagnétique. Pourtant, nous observons l'émergence de mouvements collectifs spontanés au sein du système caractérisés par des fluctuations géantes de densité. Ces résultats montrent la robustesse de l'ordre polaire observé dans les modèles théoriques et numériques de la matière active polaire 2D sur substrat. Collective Motion of Vibrated Polar Disks, J. Deseigne, O. Dauchot, H. Chaté. Cette publication a fait la couverture du n°105 du journal Physical Review Letters : http://prl.aps.org/covers/105/9

Tuesday, March 22nd, 10:45AM:
Effet des interactions charges-matrice sur la plasticité du caoutchouc renforcé : modélisation - simulations numériques

Alain Dequidt
Rhodia, Lyon


Les mesures de température de transition vitreuse (Tg) de films minces de polymères montrent que la dynamique du polymère est ralentie par la proximité d'un substrat solide (augmentation de la Tg locale). Dans les nanocomposites à base de polymère, les particules solides sont donc entourées d'une couche de polymère vitreux, dont l'épaisseur dépend de la température. Lorsque les couches vitreuses sont épaisses par rapport à la distance typique entre particules, elles connectent ces dernières par des ponts vitreux, conférant au système macroscopique des propriétés mécaniques particulières. L'étude de la dynamique des polymères au voisinage d'un substrat est un sujet de recherche extrêmement actif et important, tant d'un point de vue fondamental, concernant la transition vitreuse en film mince, que du point de vue des applications, compte tenu des conséquences sur les propriétés mécaniques des nanocomposites, tels que le caoutchouc renforcé utilisé dans les pneumatiques. Je présenterai notre approche de cette problématique, basée sur le modèle mésoscopique de transition vitreuse de Long et coll., et le résultat de nos simulations numériques permettant d'investiguer les propriétés mécaniques d'un pont vitreux unique, à l'échelle de la dizaine de nanomètres.

Wednesday, March 16th, 10:45AM:
Fabrication de fibres en microfluidique

Oriane Bonhomme
LOF, Rhodia, Bordeaux


Le but de ce travail est de fabriquer des fibres de polymères dans des dispositifs microfluidiques. Les deux étapes clés de cette fabrication sont la mise en forme du matériau puis le figeage cette forme. Dans nos dispositifs, un écoulement stratifié en géométrie cylindrique permet de créer un jet de diamètre contrôlé grâce à la focalisation hydrodynamique. Nous avons remarqué que l’utilisation de solution viscoélastique de polymères peut déclencher une instabilité hydrodynamique empêchant la bonne mise en forme du matériau : nous avons étudié expérimentalement et théoriquement l’origine de cette instabilité afin de l’éviter lors de la fabrication de fibres. Puis, dans nos études, le figeage de la forme se fait par gélification. Le jet interne contient le matériau dont sera constitué la fibre alors que la couche externe est faite d’un agent gélifiant. Dans notre cas, c’est une solution d’alginate (biopolymère) qui gèle par ajout d’ions calcium. Le but de notre travail est de contrôler l’apport en sel sous écoulement afin d’avoir une fibre avec les propriétés désirées. La photo de droite montre une fibre d’alginate chargée en cellules faite dans un dispositif microfluidique.
Figure : A gauche, illustration de l’instabilité pouvant apparaître lors de la mise en forme du matériau. A droite, photo en champ noir d’une fibre d’alginate contenant des cellules.

Tuesday, March 15th, 14:00AM:
Asymptotic relaxation of perturbation around inhomogeneous stationary state in spatially one-dimensional systems

Yoshiyuki Yamaguchi
Kyoto


Hamiltonian systems with long-range interactions are approximately described by the Vlasov equation if the number of particles is large enough. Landau revieled that perturbation decays exponentially around a stable stationary state which is homogeneous in space, and the exponential decay is known as the Landau damping. Extending the Landau's treatment to inhomogeneous stationary states, we show that perturbation asymptotically decays with the quadratic exponent in spatially one-dimensional systems. The theoretical results are numerically confirmed in the Hamiltonian mean-field model. This work is in collaboration with Julien Barre' and Alain Olivetti.

Tuesday, March 15th, 10:45AM:
Etude expérimentale de la transition de blocage dans un milieu granulaire vibré.

Rim Harich
PMMH, ESPCI, Paris


Pour un ensemble d'objets macroscopiques, la transition de blocage se caractérise par un ralentissement dynamique critique, voire un blocage complet lorsque la compacité augmente. Au voisinage du blocage, on retrouve une phénoménologie commune à de nombreux systèmes différents comme les colloïdes, les pates, les mousses, les granulaires, ... Afin de mieux comprendre la transition de blocage, on étudie un système athermique modèle 2D composé d'une assemblée de grains bidisperse soumis à des vibrations. Dans cette perspective, nous avons construit un dispositif expérimental avec une méthode d'agitation originale, où une assemblée de grains disposés verticalement est directement vibrée à l'aide d'une rangée de pistons située au bas de la cellule. Dans une première partie, je présenterai les résultats obtenus sur le comportement macroscopique et les relations entre champs locaux d'agitation, de densité et de pression. La relation que nous avons établi possède deux branches: une branche en accord avec la théorie cinétique des gaz et une autre branche qui semble être particulièrement sensible aux propriétés de transfert d'énergie du bas vers le haut à travers l'empilement désordonné. Dans une deuxième partie, je présenterai une étude sur la mobilité d'un intrus macroscopique dense au sein de la phase vibrée, dans des conditions identiques à l'étude précédente. L'objectif étant de relier la dynamique de chute de l'intrus aux propriétés rhéologiques effectives de l'empilement vibré.

Friday, March 11th, 10:45AM:
Self-assembly through chiral control of interfacial tension

T. Gibaud,
Brandeis University


fd viruses are model rod-like colloids with a contour length of 880 nm, a diameter of 7 nm. Dispersed in aqueous suspension, the addition of depletant agent (non adsorbing polymer) drive the condensation of fd rods into colloidal membranes, an equilibrium phase which consists of one rod-length thick liquid-like monolayer of aligned rods. Despite very different structure on microscopic lengthscales, the long-wavelength coarse-grained properties of colloidal membranes are identical to those of conventional lipid bilayers. Here we focus on elucidating the role of the rods chirality (their ability to tilt in preferential direction) on such assemblage. First I have determined the structure of the edge of the colloidal membranes and characterized its fluctuation spectrum using a combination of microscopy techniques (DIC, LC and 3D-Polscope, EM). Second I have utilized such analysis to demonstrate that chirality can be used to control and lower the magnitude of the interfacial tension and can eventually drive the transition from membranes to twisted ribbons. Finally, I will present how genetic engineering of the viruses (point mutation) can propagate at all level of the self assembly and be used to control the structure at the macroscopic level. This work is a direct but previously unexplored consequence of de Gennes analogy between any 2D structure, such as an isolated smectic layer or a membrane that expels twist to its edge and superconductor that in the same way expels magnetic field via the Meisner effect. It also suggests an interesting parallel between the role of chiraliy in colloidal membranes and the role of surfactant in oil/water mixtures.

Tuesday, February 22nd, 10:45AM:
Imagerie Acoustique en Milieux Réverbérants

Thomas Gallot
laboratoire de Physique, ENS Lyon


Le travail de recherche mené lors de cette thèse propose d'améliorer la compréhension et l'utilisation de champs d'ondes complexes issus de la propagation en milieux réverbérants. Dans de tels milieux, la réverbération donne lieu à une répartition spatiale de l'intensité liée à la position de la source. Ce phénomène, appelé rétro-diffusion cohérente, est étudié dans des cavités simples afin de disposer de modèles analytiques permettant de prédire les résultats expérimentaux de surintensité à la source. Les symétries spatiales jouent aussi un rôle dans la répartition de l'intensité, rôle qui est étudié selon la même approche. La réverbération, aussi complexe soit-elle, contient des informations qui peuvent permettre d'imager le milieu de propagation. Ce principe est utilisé pour l'élastographie, l'imagerie de l'élasticité des tissus mous. La problématique et les méthodes d'élastographie sont alors présentées puis appliquées à la détermination de délais électromécaniques dans des muscles squelettiques. Les méthodes d'extraction de l'information contenue dans un champ complexe d'ondes élastiques sont ensuite développées. Basée sur le retournement temporel et la corrélation de bruit, une élastographie passive tirant profit du bruit physiologique est proposée. La faisabilité de cette méthode est démontrée à travers des mesures d'élasticité dans des gels et les premiers résultats in-vivo sont présentés. Finalement, une optimisation des méthodes d'imagerie passive est développée à partir de données sismiques. Le principe de ce filtre inverse passif consiste à mieux prendre en compte une répartition spatiale généralement inhomogène des sources de bruit.

Tuesday, February 15th, 10:45AM:
Physique statistique et matière molle

Eric Bertin
laboratoire de Physique, ENS Lyon


La matière molle fait souvent apparaître une structuration à une échelle intermédiaire entre l'échelle moléculaire et la taille du système. C'est le cas par exemple de la matière granulaire ou des mousses, que l'on peut concevoir comme un assemblage de grains ou de bulles. Ceci suggère de faire appel à la physique statistique pour décrire ces systèmes, en tentant des remplacer les molécules par des entités macroscopiques (grains, bulles,...). Cette transposition n'est toutefois pas triviale, et nécessite de revisiter les fondements de la physique statistique d'équilibre. Deux modèles simples issus de la littérature récente, l'un sur les granulaires denses et l'autre sur les mousses lentement cisaillées, seront discutés à titre d'illustration.

Wednesday, February 2nd, 10:45AM:
Transient shear banding in attractive colloid suspensions

A. Puisto, X. Illa, M. J. Alava
Aalto University, School of Science and Technology, Finland


We have applied a model based on population balance equations (PBE) to study the transient shear banding (TSB) in attractive colloids. We show that the involved phenomenology is very similar to the case of simple yield stress fluids[1] and, as some of the present experiments show[2], observable with certain initial conditions. On the basis of our findings we relate the TSB to the properties of the fluidized substance. The timescale of the fluidization depends on the toughness of the internal structure elements, and the initial viscosity of the non-fluidized substance. Finally, we also propose a simplified model to simulate the same phenomenology according to the shear thinning behavior of the suspension involved. [1] Divoux et al. Phys. Rev. Lett. 104, 208301 (2010). [2] Besseling et al. Phys. Rev. Lett. 105, 268301 (2010).

Tuesday, January 25th, 10:45AM:
Instabilité radiative des écoulements tournants stratifiés

Xavier Riedinger
laboratoire de Physique, ENS Lyon


Les tourbillons dans les écoulements géophysiques sont souvent nombreux et présents à plusieurs échelles. Ils interviennent aussi bien dans la dynamique des écoulements que dans leurs propriétés statistiques. Afin d'identifier précisément le role des tourbillons dans les propriétés globales d'un écoulement géophysique, il est important de connaitre aussi finement que possible leur dynamique individuelle. Avec cet objectif, nous étudions par des moyens théoriques, numériques et expérimentaux, les propriétés de stabilité de tourbillons stratifiés modèles : le tourbillon de Lamb-Oseen et l'ecoulement autour d'un cylindre en rotation. Nous montrons notamment que ces écoulements, stables en milieu homogène, peuvent devenir instables en présence d'une stratification stable le long de leur axe de rotation. Les deux types d'écoulements sont soumis à une meme forme de déstabilisation, l'instabilité radiative dont nous décrivons le mécanisme. Pour le tourbillon de Lamb-Oseen, une étude numérique exhaustive des propriétés de stabilité est réalisée en fonction des nombres de Reynolds et de Froude, caractérisant les forces visqueuses et de flottabilité du fluide. Pour de faibles nombres de Reynolds, nous montrons que le mode le plus instable conduit à une ondulation du vortex que l'on réussit à retrouver expérimentalement. Pour l'écoulement de Taylor-Couette généré par un cylindre en rotation, le mode le plus instable est également hélicoïdal mais il conduit à une structure rayonnante plus marquée. Nous réussissons égale- ment à identifier ce mode dans les expériences. En utilisant l'ombroscopie et la technique du "synthetic schlieren", nous montrons aussi que la fréquence et la longueur du mode observé sont en tres bon accord avec les prédictions numériques.

Tuesday, January 18th, 14:00:
Trafic flows in microfluidic networks

Denis Bartolo,
PMMH, ESPCI


The talk will be divided into two distinct parts: I will report on two recent works on particle traffic in microfluidic obstacle networks. 1-We showed that the traffic dynamics in ordered 2D networks is a nonlinear process: the particle current does not scale with the particle density even in the dilute limit where no particle collision occurs. We demonstrated that this nonlinear behavior stems from long-range hydrodynamic interactions. Importantly, we also established that there exists a maximal current above which no stationary particle flow can be sustained. For higher current values, intermittent traffic jams form, thereby inducing the ejection of the particles from the initial path and the subsequent invasion of the network. 2-In the minimal network consisting in a single loop, the traffic dynamics has proven to yield complex temporal patterns, including periodic, multi-periodic or chaotic sequences. This complex dynamics arises from the strongly nonlinear hydrodynamic interactions between the particles, that takes place at a fluidic junction. To better understand the consequences of this nontrivial coupling, we combined theoretical, numerical and experimental efforts and solved the 3-body problem in a 1D loop network. This apparently simple dynamical system revealed a rich and unexpected dynamics, including coherent spontaneous oscillations along closed orbits. Striking similarities between Hamiltonian systems and this driven dissipative system will be explained.

Friday, January 7th, 10:45 AM:
Two examples of mixing in fluid dynamics: a buoyancy driven flow and a time-periodic viscous flow

Jemil Znaien, Eindhoven University of Technology Mechanical Engineering Energy Technology


Flow problems involving mixing process are met in a wide variety of natural systems and industrial activities. Mixing span an enormous range of length an time scales and encompass Reynolds numbers varying over forty order of magnitude. We will present two examples of mixing in fluid dynamics, both were studied with an experimental approach. First the buoyancy driven mixing of two fluids of different densities in the confined geometry of a tilted tube. The fluids are initially separated in an unstable configuration (the heavier fluid is above the lighter fluid) and the tilt angle is fixed for each experiment.Velocity and concentration measurements are performed in a vertical diametral plan. The flow displays a large variety of behaviors depending on the the tilt angle and the density contrast (which are the two control parameters), from a laminar counter-flow to a turbulent mixing thought a laminar flow with turbulent bursts. A secondary flow is identified and plays an important role for the momentum transport. The second study is focused on periodically driven laminar flows (the Reynolds number is in order of 1e -3). Time-periodic viscous flow in a square cylindrical domain is considered. The flow is generated via translation of the top or bottom wall of the cylinder under specific forcing protocols. Each forcing protocol has a particular configuration consisting of n steps. The n-step flow (n = 3) is approximated as a piece-wise linear combination of n separate steady flows. Using 3D particle tracking velocimetry (3D PTV) we are interested in the formation and interaction of coherent structures due to fluid inertia, which play an important role in 3D mixing by geometrically determining the tracer transport. The disintegration of these structures by fluid inertia reflects an essentially 3D route to chaos.

Tuesday, December 13th, 11AM:
Propriétés rhéologiques de solutions de collagène: Principe de superposition temps-contrainte et dÉformation seuil.

Sophie Asnacios
MSC, Paris 7


[Résumé détaillé]

Tuesday, December 7th, 11AM:
Delayed sedimentation: what are we waiting for?

Alan Parker
Department of Materials Science Corporate Research, Firmenich SA, Geneva

Sedimentation of concentrated colloids is rather well understood in the limits when inter-particle attraction is either absent or strong. However, when the attraction is weak, the problem has proved to be very difficult. One striking new phenomenon appears: sedimentation can be delayed (or at least invisible to the naked eye), sometimes for months. Despite studies by a number of leading groups, notably that of David Weitz at Harvard, the central issue of what is happening during the delay phase remains unanswered. I review the phenomenology and speculate on ways forward, in particular possible analogies with delayed yield in yield stress fluids and delayed fracture in solids.

Friday, December 3rd, 11AM:
Techno-Social Networks for the Modeling of Human Behavior and Epidemic Spreading

Bruno Goncalves
Indiana University


The technological revolution we witnessed over the last decade has resulted in social and technological networks that have detailed structured in multiple and inter operating scales.Examples are provided by the Internet, the social Web, the new WiFi communication technologies and transportation and mobility infrastructures. Understanding the interactions between the technological constraints and the social interactions that mutually compete to guide the development of the network is one of the challenges that we must face. We review the application of statistical analysis of these networks to the modeling of Human Behavior and Epidemic Spreading. As an application to human behavior we use present how the use of proxy information from the analysis of online traces is able to characterize human behavior on and off line. Using the empirical traffic patterns generated by a thousand users, we develop a model of how individuals navigate online that is able to characterize several properties of Web traffic that cannot be reproduced by traditional Markovian models. Finally, we present the Global Epidemic and Mobility (GLEaM) model that integrates sociodemographic and population mobility data in a spatially structured stochastic disease approach to simulate the spread of epidemics at the worldwide scale. We discuss the ßexible structure of the model that is open to the inclusion of different disease structures and local intervention policies

Tuesday, November 30th, 11AM:
From Transient to Steady State Rheology in Simple Yield Stress Fluids

Thibaut Divoux
Laboratoire de Physique, ENS-Lyon


In this work we revisit the case of a simple yield stress fluid (YSF), namely a carbopol ``gel''. Indeed, in spite of a huge body of rheological work, no thorough temporally and spatially resolved study has been conducted on simple YSF. In particular, it is generally assumed that the flow remains homogeneous during its evolution towards steady state. Here we investigate the fluidization for both shear-rate and shear-stress controlled experiments using ultrasonic speckle velocimetry [Manneville (2004)] simultaneously to standard rheological measurements. On the one hand, shear-rate controlled experiments show that (i) the transient regime from solidlike to liquidlike behavior involves a shear-banded flow; (ii) the duration of this transient regime decreases as a power law of the imposed shear rate and (iii) the flow always turns out to be homogeneous after this transient shear banding. This fluidization scenario is very robust and the exponent of the power law does not depend on the gap width or on the boundary conditions. Our results not only confirm the idea that one cannot observe steady-state shear banding without thixotropy but also demonstrate that a simple YSF can present shear banding in a transient regime that can last surprisingly as long as 105 s [Divoux (2010)]. On the other hand, shear-stress controlled experiments show that (i) the transient regime from solidlike to liquidlike behavior also involves a shear-banded flow; (ii) the duration of this transient regime decreases as a power law of the reduced shear-stress: the applied stress minus the yield stress of the fluid; and (iii) the flow always turns out to be homogeneous after this transient shear banding. This fluidization scenario is very robust and rules out any analogy between the stress induced fluidization process of simple YSF and the rupture of elastic solids as recently suggested [Caton (2008), Benmouffok (2010)]. Indeed, spatiotemporal diagrams of ultrasonic speckle signals show a fluidization involving the whole bulk of the gel without any fracture plane. Finally, we will discuss the link between imposed shear rate and shear stress experiments. In particular, we will show how the fluidization process involving a transient shear banding phenomenon gives a physical interpretation of the Herschel-Bulkley model that describes the rheology of carbopol.

Friday, November 26th, 11AM:
The non-locality of the Kelvin wave energy transfer in a superfluid.

Jason Laurie
Laboratoire de Physique, ENS-Lyon

Quantum turbulence (QT) is turbulence in a superfluid. A pure superfluid lacks any viscosity, enabling the energy cascade to be extended to much smaller scales than seen in classical fluids. Due to the irrotational aspect of the flow, QT is characterized by polarized bundles of quantized vortex lines. At the inter-vortex scale, the quasi-Kolmogorov 3D energy cascade in the flow gets transferred onto these vortex lines as propagating Kelvin waves. It is these Kelvin waves that transfer energy to finer scales, until the energy can be dissipated into heat. It was originally believed that by using wave turbulence theory to describe these Kelvin waves, the energy transfer between them was a local process - resulting in the Kozik-Svistunov (KS) energy spectrum. I will present some calculation that show that the Kelvin wave interaction are non-local, thereby invalidating the KS spectrum and present a recently proposed non-local theory for Kelvin waves.

Wednesday, November 24th, 11AM:
Pulp friction, slippery surfaces and the nature of the interface.

Mark Rutland, KTH, Stockholm


The AFM is used to measure interactions between surfaces at the micro scale and below, and the relationship between surface forces and the resultant friction -"nanotribology"- is examined. We examine the implications for biolubrication and novel ways to achieve "superlubricity". Furthermore, our novel non linear spectroscopy facility will be introduced and its inherent ability to probe the composition and conformation of interfaces. Its use will be exemplified on lipid mono/bi layers; their structure, decomposition and hydration.

Tuesday, November 16th, 11AM:
Fluid-induced deformation in sedimentary basins: application to magmatic intrusions
&
Fragmentation processes in faults

O. Galland & K. Mair, Physics of Geological Processes, University of Oslo


Overpressured fluids in sedimentary basins have large mechanical consequences on the sedimentary rocks. Good examples are shallow magma intrusions and fluid pore pressure in petroleum systems, which both trigger fracturing or fluidization of the rocks. In this lecture, I will focus on the processes of horizontal shallow magma intrusions. Such intrusions form by hydraulic fracturing that generate complex stress field, which have a positive feedback on the propagation of the fracture. Through results of experimental modelling, I will address the complex mechanical interactions between the hydraulic fractures and the deformation of the country rock.

Tuesday, November 9th, 11AM:
Oscillatory flow of viscoelastic fluids

Jordi Ortín, Faculty of Physics, University of Barcelona


Since viscoelastic fluids respond both elastically and dissipatively to external solicitations on different time scales, their behaviour under oscillatory forcing is manifestly different than that of newtonian fluids. In the present work we study the flow of a vertical column of fluid subjected to a zero-mean pressure gradient that varies harmonically in time. The laminar velocity profiles expected for fluids described by different constitutive equations (newtonian, upper-convected Maxwell and Oldroyd-B) are discussed first. Our results show that the interplay between the relaxation time of the fluid and the driving frequency, together with the geometry of the problem, lead to a resonant response of the viscoelastic fluids at well defined frequencies, and to a spatial arrangement of the flow that is reminiscent of stationary waves in elastic media. In the second part of the talk we present time-resolved PIV measurements of the velocity field of a wormlike micellar solution in oscillatory flow. The measurements in the laminar flow regime show all the qualitative and some of the quantitative features predicted theoretically for a UCM fluid. The velocity profiles, however, show hints of the shear-banding material instability experienced by this kind of fluids, increasingly more manifest the larger the amplitude of the driving. At large amplitudes the flow becomes unstable against the formation of axisymmetric toroidal vortices stacked along the vertical column of fluid.

Wednesday, October 27th, 11AM:
Rupture dynamique en matériaux amorphes fragiles: Mécanismes de dissipation et dynamique induite par la microfissuration en PMMA

Claudia Guerra
CEA/SPCSI, F-91191 Gif-sur-Yvette

[Click here for detailed summary]

Tuesday, October 26th, 11AM:
Role of mantle convection in the thermal subsidence of oceanic plates

Valerie Vidal
Laboratoire de Physique, ENS-Lyon

The subsidence of the seafloor is generally considered as a consequence of its passive cooling and densifying since its formation at the ridge and is therefore regarded as a function of lithospheric age only. However, the lithosphere is defined as the thermal boundary layer of mantle convection, which should thus determine its structure. We examined the evolution of the lithosphere structure and depth along trajectories representative of the underlying mantle flow. We show that along these flow lines, the seafloor depth varies as the square root of the distance from the ridge along the entire plate. This behavior is similar to the predictions of the half-space cooling model, and can be explained by introducing a flow below the lithosphere. Contrary to what has been pointed out by previous studies, we do not observe any flattening of the depth profile, far from the ridge. No additional heat supply is thus required at the base of the lithosphere. A simple, qualitative model can account for the existence of this apparent flattening at old seafloor ages.

Tuesday, October 19th, 11AM:
Measuring yield surface of granular media

J-F. Metayer.
MPI for Dynamics and Selforganisazion, Bunsenstrasse 10, 37073 Göttingen, Germany

A granular system is able to behave like a solid (a sand pile for example) or like a liquid depending on the deformation imposed on the material. The phase transition between those two states has been the subject of several studies during the last years. However an experimental observation of the phase diagram of a granular media in three dimensions is still lacking. This study is the first step to obtain such a diagram: its goal is to obtain an experimental measure of the shear stress needed to unjam a granular media as a function of its packing fraction. Shear stress is obtained by measuring the force, F, needed to pull-up a paddled immersed in a granular bed as a function of its packing fraction and the depth of immersion. Results we present here clearly evidence that the value of this force is strongly related to the packing fraction: for low packing fraction (< 0.59) F is constant with φ whereas its value is highly dependent on φ for higher packing fraction.

Wednesday, October 13th, 11AM:
Séminaire spécial Eq.1: "Matière Molle et Systèmes Biologiques"

J.C. Géminard

Panorama actuel de l'équipe

Tuesday, October 5th, 11:00:
Pattern evolution - From viscoelastic phase separation to mechanical fracture

Hajime Tanaka, Tokyo University

Phase separation is one of the most fundamental phenomena that create spatially inhomogeneous patterns in materials and nature. It has so far been classified into three types: (i) solid, (ii) fluid, and (iii) viscoelastic phase separation. The relevant transport processes are only diffusion for (i), diffusion and hydrodynamic convection for (ii), and diffusion, hydrodynamic convection, and mechanical stress for (iii). Here we report another phase-separation behaviour accompanying fracture, which is observed under a sufficiently deep quench in polymer solutions. Surprisingly, fracture becomes a dominant coarsening process of the phase separation. Under a deep quench, a transient gel is formed by strong attractive interactions between polymers. The connectivity of the polymer network acts against phase separation and produces the internal stress field. When this stress field exceeds the mechanical stability limit of the transient gel, mechanical fracture takes place: fracture phase separation. The behaviour of viscoelastic and fracture phase separation originates from a strong coupling between composition and deformation field. We demonstrate that the same type of coupling between density and deformation field leads to cavitation of fluid under shear and mechanical fracture of glassy liquid and solid under deformation. The key common concept is "dynamic asymmetry". We discuss a common physics underlying these apparently unrelated phenomena and a selection principle of the kinetic pathway of pattern evolution. For example, the only difference between phase separation and fracture may stem from whether deformation is produced internally by phase separation itself or externally by loading.



PAST SEMINARS 2009-2010



Tuesday, July 6th, 11:00:
Mécanique statistique des anneaux et jets océaniques

Antoine VENAILLE, Princeton University

L'océan est peuplé de tourbillons organisés en anneaux de 200 km de diamètre. Ces anneaux restent cohérents pendant des mois, voire des années, et dérivent lentement vers l'ouest. Nous proposons une explication de ce phénomène par la mécanique statistique d'équilibre des écoulements turbulents géophysiques. Nous montrons l'existence d'une analogie formelle entre la formation de ces anneaux et la formation de bulles en thermodynamique usuelle. Cela permet de prédire la forme et la vitesse de dérive des anneaux océaniques. Nous discutons enfin de l'application de ces idées à la description de jets cohérents dirigés vers l'est comme le Gulf Stream ou el Kuroshio.

Tuesday, June 29th, 11:00:
Cross-linking actin into function

Martin Lenz, Chicago

Actin filaments are paramount players in the shaping and dynamics of eukaryotic cells, and can form a variety of structures as they are regulated by a host of associated proteins. Here we focus on some spectacular examples of such constructs: stereocilia and stress fibers, which are bundles formed under the influence of actin cross-linking proteins. The relatively large scale of these structures implies that their overall organization crucially involves the collective behavior of actin and its cross-linkers, into which a theoretical approach yields some interesting insights. We first propose that the cross-linker espin may regulate the shape of stereocilia, which are protrusions of cells of the inner ear crucial for hearing. Very good agreement with a range of experimental results is obtained by fitting only one parameter: the detachment rate of espin. Our model displays a transition from finite-length structures to unbounded growth, some universal features of which could help classify cellular growth processes. We next focus on biomimetic bundles containing the cross-linking motor myosin. We show that the widely accepted filament sliding model is not sufficient to predict whether these bundles tend to extend or contract, whereas the latter is always observed experimentally. We explore the hypothesis that this symmetry could be broken through the nonlinear elastic behavior of actin filaments.

Tuesday, June 22nd, 11:00:
Spectroscopie de Force à l'aide d'un Nanopore : Analyse de complexes bio-moléculaires

Jérome Mathé, Evry

[Abstract]

Tuesday, June 1st, 11:00:
Flow measurements in a model array of wind-turbines

Raul Bayoan Cal, Portland State University

Wind-tunnel measurements are performed in order to quantify the vertical transport of momentum and kinetic energy across a boundary layer that includes a three-by-three array of model wind turbines using stereo-particle image velocimetry (SPIV). A volume surrounding a wind-turbine is used to compute mean velocity and turbulence properties averaged on horizontal planes. The impact of vertical transport of kinetic energy due to turbulence and mean ßow correlations is quantiÞed. It is found that the ßuxes of kinetic energy associated with the Reynolds shear stresses are of the same order of magnitude as the power extracted by the wind turbines, highlighting the importance of vertical transport. Using hot-wires, a quadrant analysis is made on the data finding that the flow is dominated by ejections. Further efforts at Portland State University will be highlighted.

Friday, May 21st, 14:00:
Statistical Mechanics of Cooperative Phenomena: Phase Transitions in Equilibrium and Non-equilibrium Systems"

Joel LEBOWITZ

TBA

Tuesday, May 4th, 11AM:
Aspects physiques du transport de l’ADN des virus bactériens: de l’in vitro à l’in vivo.

Marta de Frutos
Orsay

Les bactériophages (virus bactériens) sont des assemblages protéiques complexes capables de détourner la machinerie biosynthétique des bactéries afin dÕassurer leur multiplication. Une étape essentielle pour le démarrage du cycle infectieux correspond au transport du génome viral dans le cytoplasme de lÕh™te. In vitro, la simple interaction du phage avec son récepteur membranaire purifié provoque, pour un certain nombre de phages, lÕéjection rapide et spontanée de la totalité du génome viral hors de la capside. Cette propriété été mise à profit pour caractériser les différentes étapes du phénomene chez différents bactériophages de bactéries gram positif et négatif afin de déterminer les mécanismes et les forces physiques responsables du transport. Je discuterai les implications de ces résultats sur la compréhension du mécanisme infectieux in vivo.

Friday, April 30th, 11:00:
Foamy virus entry dissected via 3D particle tracking and colocalization analysis

Aurelie Dupont

Foamy virus is an atypical retrovirus which shares similarities with HIV and hepatitis B viruses. Some parts of his replication cycle remain unclear, especially its infection process. We followed the entry of dual color fluorescent virus particles in living cells by high resolution 3D imaging, namely using a spinning disk microscope. We developed several analysis tools allowing to achieve 3D single virus tracking and 3D dynamic colocalization calculation. This colocalization analysis is used to detect when the two differently labeled proteins spatially separate. Thus we show that prototype foamy virus can enter the cell by two different pathways: fusion and endocytosis. I will also briefly introduce an innovative 3D tracking microscope enabling real-time tracking (feedback approach) of single fluorescent particles with nanometer accuracy and 32ms time resolution.

Tuesday, April 27th, 11AM:
A Gibbs Free Energy Model for Compressible Polymer Melts: Effect of Temperature and of Pressure

Didier Long
Rhodia

We propose a thermodynamical model for describing the thermodynamics of compressible polymer blends. Such models already described in the literature require the introduction of ad-hoc equation of state relations. The model we propose is self-contained in the sense that we derive the equation of state of the blends, and that the latter provides also the equation of state of the pure liquid in the case when the other component is absent. The adjustable parameters are obtained for each polymer by fitting the PVT data of each pure component. Then, the same parameters are used when dealing with the blends, except for the polymer A-polymer-B interaction parameter that need to be adjusted. We show how one can systematically study the phase behaviour of such blends when varying the temperature and the pressure. It allows for explaining in a simple way various behaviours such as the so-called hourglass transition, or the appearence of closed spinodal lines under applied pressure. Our model allow for relating the various observed behaviours to the dominant role of one of the contributing terms in the Gibbs free energy. We derive also from our model expressions for calculating the structure factor S(q) of a compressible polymer melt. We show how our model allows for recovering the usual expression of the RPA of incompressible polymer blends, in the low temperature limit.

Tuesday, April 6th, 14:00:
Generalization of the Fluctuation-Dissipation theorem to non-equilibrium states and beyond linear order.

Federico Corberi
Universita di Salerno

The fluctuation-dissipation theorem is a central result in equilibrium statistical mechanics. Relating correlation to response functions it allows the study of coherence lengths through susceptibility calculations or measurements. In this seminar I will discuss the exact generalization of the fluctuation-dissipation theorem to generic non-equilibrium states, showing its relevance for theoretical and numerical investigations. The extension of the fluctuation-dissipation theorem beyond linear order will be also discussed, with special emphasis to the problem of characterizing cooperativity in disordered systems, an issue that cannot be accomplished by means of the usual correlation and (linear) response functions.

Tuesday, march 16th, 11AM:
Essentially nonlinear strain waves in materials with internal structure

Alexei Porubov
Institute of Problems in Mechanical Engineering, Saint-Petersburg, RUSSIA, porubov.math@mail.ioffe.ru

The interest in the dynamic behaviour of micro- and nano- structured materials has grown in the last years. Different from classic elasticity, nonlinearity in such materials may be strong. Sometimes, it is caused by the presence of the components with contrasting elastic features including cracks, intergranular contacts, dislocations at the grain boundaries of polycrystals. First it is shown, that essentially nonlinear models for solids with internal structure may be studied using the structural modeling based on a bi- atomic model of the lattice. The decoupling of the governing equations gives rise to the ordinary differential equation for macro-strains whose solutions allow us to describe the conditions when either compression or tensile localized waves may exist and how these macro-waves affect deviations in the structure of the lattice. However, the parameters of this model are unknown by now, that results in an employment of a phenomenological approach whose parameters are known. It is found that this approach gives rise to the same nonlinear equation for traveling longitudinal macro-strain waves but with solitary wave solutions differ from that of the structural model. Then the modifications of phenomenological approach are studied so as to achieve suitable nonlinear and dispersive features of the solution.

Tuesday, March 9th, 11AM:
Lagrangian Statistics in 2D and 3D Turbulence - Differences and Similarities

Oliver Kamps
Institut fur Theoretische Physik, Munster

In recent years the Lagrangian description of turbulent flows has attracted much interest. Especially the statistical properties of velocity increments in three-dimensional turbulence have been in the focus of experimental, numerical and analytical investigations. In the first part of the talk we present detailed numerical investigations of Lagrangian tracer particles in the inverse energy cascade of two-dimensional turbulence. Thereby we focus on the shape and scaling properties of the probability distribution functions for the velocity increments. Furthermore we compare them to the Eulerian case and the Lagrangian increment statistics in three dimensional turbulence. Motivated by our observations we address the important question of translating increment statistics from the Eulerian to the Lagrangian frame of reference. The second part concentrates on the investigation of the Lagrangian single-particle acceleration statistics in two and three dimensions. In this context we examine the Markovian properties of the acceleration statistics which are of great importance for Lagrangian turbulence modeling.

Friday, March 5th, 11AM:
Reaction-diffusion processes and epidemic invasion

Vittoria Colizza
Computational Epidemiology Lab, ISI Foundation, Turin - IT

The 2009 H1N1 influenza pandemic is just the latest example of how human mobility helps drive infectious diseases. Travel has grown explosively in the last decades, contributing to an emerging complex pattern of traffic flows that unfolds at different scales, shaping the spread of epidemics. Restrictions on people's mobility are thus investigated to design possible containment measures. By considering a theoretical framework in terms of reaction-diffusion processes, it is possible to study the invasion dynamics of epidemics in a meta-population system with heterogeneous mobility patterns. The system is found to exhibit a global invasion threshold that sets the critical mobility rate below which the epidemic is contained. The results provide a general framework for the understanding of the numerical evidence from detailed data-driven simulations that show the limited benefit provided by travel flows reduction in slowing down or containing an emerging epidemic.

Tuesday, March 2nd, 11AM:
TBA

E. Rio

TBA

Friday, February 12th, 11AM:
Dependence of the Fluctuation-Dissipation Temperature on the Choice of Observable

Kirsten Martens
LPMCN, Universite Claude Bernard Lyon 1

On general grounds, a non-equilibrium temperature can be consistently defined from generalized fluctuation-dissipation relations only if it is independent of the observable considered. In this talk I will argue that the dependence on the choice of observable generically occurs when the phase-space probability distribution is nonuniform on constant energy shells. I will relate quantitatively this observable dependence to a fundamental characteristics of non-equilibrium systems, namely, the Shannon entropy difference with respect to the equilibrium state with the same energy. The results will be illustrated on various mean-field models.

Friday, January 29th, 11AM:
Are there elastic instabilities in wormlike micelles?

Marc-Antoine Fardin
Matiere et Systemes Complexes - Universite Paris Diderot/CNRS UMR 7057

We study the dynamics of the shear-banding flow of wormlike micelles in Taylor-Couette cell. We show that, at vanishing Reynolds, the flow exhibit Taylor-like vortices that eventually leads to turbulent flow. We propose a scenario that could explain the observed behavior by an analogy with the elastic instabilities known for polymer solutions.

Tuesday, February 9th, 11AM:
TBA

J. Crassous



Tuesday, January 26th, 11AM:
Gas emissions and seismic activity within the submerged section of the North Anatolian Fault in the Istanbul area

Louis Geli
Departement Geosciences Marines, IFREMER, Brest

The Sea of Marmara developed along the highly active North Anatolian Fault (NAF), which produced devastating historical earthquakes along its 1600 km length. Since 1940, the earthquake events along this fault zone have a westward progression with a sixty year sequence of rupturing towards Istanbul, with one event promoting the next. The last destructive earthquake occurred at the eastern end of the Sea of Marmara (1999 Izmit and Duzce earthquakes) and therefore the next large (Mw> 7) earthquake is expected to nucleate in the Sea of Marmara close to Istanbul. Here we present results from different cruises, showing the relationships between fluids and seismicity in the deeper parts of the Sea of Marmara. Detailed studies in submarine environments have suggested that it is very difficult to get free gas to pass through sediment but relatively easy to get it to go through fractures, which leads to water seeps being found in lots of places, such as outcrops of sand layers, while gas seeps more often are found associated with fractures. Acoustic surveys over the whole Sea of Marmara show that, at least in some settings, distribution of gas seeps may provide indications of fault activity and even help identify buried structures. We then discuss the different strategies for implementing multi-disciplinary, permanent seafloor observatories to monitor gas related transients during the earthquake cycle in the Sea of Marmara.

Tuesday, january 19th, 11AM:
Dégonflement de ballons et autres surfaces sphériques élastiques

Catherine Quilliet
Laboratoire de Spectrométrie Physique, Université Joseph Fourier (Grenoble I)

La déformation de coques sphériques par dégonflement est un problème suffisamment complexe pour qu'il n'ait existé, jusqu'à récemment, que peu de résultats pour les grandes déformations. Je vais présenter une étude numérique de surfaces sphériques avec élasticité de courbure et élasticité de déformation dans le plan, auxquelles on impose une diminution de leur volume. [suite]