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 :
10/2014
Coordinateur Web :
Nicolas Garnier
Conception site Web :
Louis Gostiaux
General physics seminars (2006-2014 Archive)

[Even older seminars]

Monday, October 13th, 11AM:
The life of a vortex knot: Linking coiling and twisting across scales

William T.M. Irvine (University of Chicago)

Can you take a vortex loop - akin to a smoke ring in air - and tie it into a knot or a link? The possibility of such knottiness in a fluid has fascinated physicists and mathematicians ever since Kelvin's 'vortex atom' hypothesis, in which the atoms of the periodic table were hypothesized to correspond to closed vortex loops of different knot types. More recently, the knottiness of a fluid has re-emerged as a conserved quantity in many idealized situations (such as turbulent fluids and ideal plasmas). I will tell of how to make a vortex knot and link in water, in the wave function of a superfluid (on a computer) and of what happens thence. In particular I will talk about how linking coiling and twisting interplay across scales.

Monday, October 6th, 11AM:
Cartes aléatoires et géométries aléatoires de dimension 2

Gregory Miermont (UMPA, ENS de Lyon)

Une carte plane est un graphe plongé dans la sphère de dimension 2. En un sens, un tel objet munit la sphère d'une géométrie discrète, de sorte qu'une carte aléatoire de grande taille est un candidat naturel pour une notion de « métrique aléatoire définie sur la surface ». Cette idée émerge en physique théorique au début des années 1980, afin de donner une approche possible de la gravité quantique de dimension 2, où sont considérées des intégrales sur toutes les métriques Riemanniennes d'une surface donnée, par rapport à une mesure « uniforme » mal définie. Il est donc attendu que, si l'on ré-échelonne les distances de façon convenable, une grande carte plane aléatoire converge vers une sphère munie d'une métrique aléatoire, et nous verrons comment donner un sens à cette intuition. Cette situation est analogue à la convergence des marches aléatoires vers le mouvement brownien, et à l'instar de ce dernier, les surfaces aléatoires qui apparaissent dans ce contexte sont irrégulières, très loin d'être des variétés riemanniennes lisses. Ceci rend leur étude d'autant plus intéressante, puisqu'il est nécessaire de s'intéresser à des notions géométriques qui ont toujours un sens dans ce contexte, comme les distances ou les géodésiques. Nous discuterons également de conjectures liant les cartes aléatoires avec des champs aléatoires invariants conformes définis sur le plan, conjectures issues elles aussi de la physique théorique, et plus précisément de la gravité quantique de Liouville.

Monday, September 29th, 10AM,
1 place de l'école

Carte blanche à Bernard Castaing et Krzysztof Gawedzki


Monday, September 22th, 11AM:
Exact solutions of non-equilibrium models

Kirone Mallick (IPHT, CEA Saclay)

The asymmetric simple exclusion process is a model used as a template to study various aspects of non-equilibrium statistical physics. It appears as a building block in more realistic descriptions of low-dimensional transport with constraints. In the steady state, a non-vanishing current is carried through the system: the statistical properties of this current define archetypal observables for non-equilibrium behaviour. It this talk, we shall explain how exact solutions can be derived for this model and discuss their relation with a general conceptual framework currently developed to describe systems far from equilibrium.

Monday, September 15th, 11AM:
Ecoulements granulaires : Forces, non-localité et impact

Yoël Forterre (IUSTI Marseille)

Depuis une dizaine d’années, notre compréhension des écoulements granulaires a bénéficié de nombreuses avancées, en particulier dans le régime dense qui est le plus pertinent pour les applications industrielles et géophysiques. Une loi constitutive décrivant le milieu comme un liquide viscoplastique frottant a été proposée, qui permet de décrire différentes configurations. Dans ce séminaire, je présenterai différentes études faites récemment au laboratoire qui illustrent la rhéologie spécifique des écoulements granulaires. Je discuterai tout d’abord du problème des forces de s’exercent sur un objet se déplaçant dans un milieu granulaire et montrerai qu’il existe une force de portance sans équivalent dans les fluides classiques. Je discuterai ensuite certaines limites de la rhéologie viscoplastique proche de la transition solide/liquide où des effets « non-locaux » sont observés. Enfin, je montrerai que dans le cas de milieux granulaires immergés, des effets de préparation (fraction volumique initiale) peuvent avoir une influence considérable sur la dynamique transitoire. Cette propriété sera illustrée sur des expériences d’impact dans des suspensions denses.

Monday, June 30th, 11AM:
Advection-diffusion-réaction de scalaires passifs et grandes déviations

J. Vanneste (University of Edinburgh)

La dispersion de scalaires passifs dans un écoulement fluide résulte de l’interaction entre l'advection par l’écoulement et la diffusion moléculaire. Leur effet combiné est souvent décrit par une diffusivité effective, bien plus grande que la diffusivité moléculaire, qui permet de représenter le profil de concentration aux temps longs par une Gaussiennne. Cette approximation n’est cependant pas valable à grande distance du centre du profil ; il faut alors lui substituer une approximation de type grandes deviations, caractérisée par une fonction de taux (ou de Cramér). Nous discuterons du calcul de cette fonction — en particulier de sa forme asymptotique lorsque la diffusivité moléculaire est faible — dans des écoulements cisaillés classiques et dans des écoulements cellulaires périodiques. Les résultats seront aussi appliqués à des problèmes de propagation de fronts pour des scalaires réactifs : pour des réactions de type Fisher-Kolmogorov, la vitesse de propagation des fronts est directement reliée à la fonction de taux du problème de dispersion correspondant. Dans ce cas, les grandes déviations gouvernent un phénomène macroscopique dominant plutôt que des événements rares.

Monday, June 23th, 11AM:
Order from Chaos - The Solar Cycle

Steve Tobias (University of Leeds)

In this talk I will discuss the observations of and the mechanisms responsible for the generation of magnetic field in our nearest star, the Sun. The systematic eleven year solar cycle is generated by the interaction of turbulence with rotation and magnetic fields. Though a mechanism describing the generation was presented by E.N. Parker over 50 years ago, it is only within the last couple of years that this has been made to work in the astrophysically relevant limit of high magnetic Reynolds number. I shall conclude by speculating on whether statistical approaches may prove useful in describing the systematic evolution of the solar cycle.

Monday, June 16th, 11AM:
Self-assembled towers, arches, and ordered particle structures

Arshad Kudrolli (Clark University)

We will discuss experiments on creating designed structures with particles using capillarity and geometry. First, I will demonstrate an unprecedented variety of towers and arches observed by simply dripping a mixture of sand and water on a porous substrate. The various shapes are in contrast with the liquid drops which can splash, spread or bounce upon hitting a surface. Successive drops are observed to freeze rapidly upon impact due to the drainage of a small fraction of liquid, literally stacking on top of each other into surprisingly slender structures. Next, we will discuss experiments investigating the packing structure of spheres, rods, and the Platonic solids with various packing protocols. A rich array of structures can be demonstrated to be formed using 3-D imaging techniques including X-ray tomography. Besides hexagonal close packed and face centered cubic exhibited by spheres, we show that cubes can grow in a simple cubic lattice or in a disordered packing by changing the deposition angle with respect to the substrate, and cylinders/rods form crystalline packing with axis aligned with gravitational field.

Monday, May 26th, 11AM:
L'irréversibilité en dynamique des gaz, une histoire de probabilités

Laure Saint-Raymond (LJLL-UPMC, Paris)

Le but de cet exposé est de présenter une dérivation de l'équation de Boltzmann à partir de la dynamique hamiltonienne des particules dans la limite de Boltzmann-Grad, i.e. quand le nombre de particules "N" tend vers l'infini et leur taille "a" tend vers 0 avec N a^2 =1. On expliquera en particulier l'origine de l'irréversibilité et du phénomène de retour à l'équilibre, qui sont des propriétés apparemment paradoxales de la dynamique limite.

Monday, May 19th, 11AM:
Non equilibrium via rare fluctuations

Giovanni Jona-Lasinio (La Sapienza, Rome)

Non equilibrium is ubiquitous around us and presents a variety of phenomena much richer and more complex than equilibrium. The simplest situations are probably states of a system traversed by a constant flow of matter, electric charge, heat,....which are called stationary states. Experience has shown that it is not easy to extend to these states basic thermodynamic concepts e.g. entropy or free energy. It is clear that dynamics has to play a crucial role in non equilibrium. Macroscopic evolution equations of diffusive system are provided by hydrodynamics. The study of rare hydrodynamic fluctuations has become an important tool in recent work on stationary states. It is combined, more or less explicitly, with ideas which are one century old and have their roots in certain views of Einstein on probability in equilibrium thermodynamics. An overview of the basic ideas will be presented in the seminar.

Monday, May 12th, 11AM:
Random Matrices for Wireless Communcations: When Wigner meets Shannon

Merouane Debbah (SUPELEC)

The asymptotic behaviour of the eigenvalues of large random matrices has been extensively studied since the fifties. One of the first related result was the work of Eugène Wigner in 1955 who remarked that the eigenvalue distribution of a standard Gaussian hermitian matrix converges to a deterministic probability distribution called the semi-circular law when the dimensions of the matrix converge to infinity. Since that time, the study of the eigenvalue distribution of random matrices has triggered numerous works, in the theoretical physics as well as probability theory communities. However, as far as communications systems are concerned, until the mid 90’s, intensive simulations were thought to be the only technique to get some insight on how communications behave with many parameters. All this changed in 1997 when large system analysis based on random matrix theory was discovered as an appropriate tool to gain intuitive insight into communication systems. In particular, the self-averaging effect of random matrices was shown to be able to capture the parameters of interest of communication schemes. Since the year 2000, the results led to very active research in many fields such as MIMO systems currently used in 4G technologies. This talk is intended to give a comprehensive overview of random matrices and their application to the analysis and design of futur green wireless communication systems (4G and 5G systems).

Monday, April 14th, 11AM:
Scaling in cities

Marc Barthelemy (CEA Saclay)

The recent availability of data about cities and urban systems opens the exciting possibility of a 'new Science of Cities'. Urban morphology and morphogenesis, activity and residence location choice, mobility, urban sprawling and the evolution of urban networks are just a few of the important processes that can be discussed now from a quantitative point of view. In this talk, I will show how the combination of data, physical arguments and modeling helps us in understanding urban systems. I will discuss socio-economical indicators that can describe various aspects of cities such as the commuting length, the total length of the street network, the total delay due to congestion, etc. The variation of these quantities with population usually reveals interesting scaling laws with non trivial exponents that call for an explanation. I will show here how a physicist approach can help in solving these puzzles.

Monday, April 7th, 11AM:
Two-dimensional Turbulence: Fluids, Superfluids, Conducting Fluids, and Polymeric Fluids

Rahul Pandit (Indian Institute of Science, Bengalore)

It is well known that two-dimensional (2D) fluid turbulence has statistical properties that are qualitatively different than those of three-dimensional 3D turbulence. In this talk, I begin with an introduction to 2D, homogeneous, isotropic turbulence, contrast it with its 3D counterpart, and then present an overview of some of the results we have obtained on 2D turbulence over the past few years. In particular, I present our studies of (a) persistence-time statistics in 2D fluid turbulence, (b) the statistical properties of the geometries of the trajectories of heavy inertial particles in 2D fluid turbulence, (c) the turbulence of coupled, 2D, normal and superfluids, (d) inverse cascades and scaling behaviours in 2D magnetohydrodynamic (MHD) turbulence, and (e) the remarkable effects of polymer additives on 2D fluid turbulence. The studies I describe have been carried out in collaboration with Anupam Gupta, Dhrubaditya Mitra, Prasad Perlekar, Samriddhi Sankar Ray, Debarghya Banerjee, Vishwanath Shukla, and Akshay Bhatnagar.

Monday, March 31th, 11AM:
Dynamique et thermodynamique des systèmes avec des interactions a longue portée.

Pierre-Henri Chavanis (LPT Toulouse)

Les systemes avec des interactions a longue portee sont nombreux dans la nature. Quelques exemples concernent les systemes gravitationnels (etoiles, amas globulaires, galaxies), les tourbillons des ecoulements geophysiques et astrophysiques (cyclones et anticyclones des bulletins meteorologiques, tache rouge de Jupiter), et la chimiotaxie des populations de bacteries (clusters, vasculature). En outre, des modeles jouets comme le modele Hamiltonian Mean Field (HMF) et le modele Brownian Mean Field (BMF) ont ete introduits en physique statistique pour etudier ces systemes dans un cadre simplifie. Je proposerai une promenade dans le monde des systemes avec des interactions a longue portee. Je parlerai des particules Browniennes auto-gravitantes et de leur analogie avec la chimiotaxie des bacteries et avec la condensation de Bose-Einstein, puis je decrirai les transitions de phase d'un gaz de fermions auto-gravitants a temperature non nulle. Enfin, je parlerai de la dynamique et de la thermodynamique tres particulieres des modeles HMF et BMF.

Monday, March 24th, 11AM:
Mouvement à long terme dans le Système Solaire

Jacques Laskar (IMCCE, Observatoire de Paris)

Les intégrations à long terme du mouvement des planètes du système solaire ont été un défi des dernières décennies. Les progrès dans ce domaine ont suivi l’évolution du perfectionnement des ordinateurs, mais aussi l’amélioration des algorithmes d’intégration numérique, qui ont abouti au développent d’intégrateurs symplectiques d’ordre élevé qui ont une bonne stabilité à long terme. En même temps, la parallélisation des algorithmes a aussi permis une réduction des temps de calculs. L’intégration numérique des équations est seulement une partie du travail, car il faut aussi déterminer avec précision les conditions initiales et paramètres du modèle par comparaisons aux observations existantes. Une fois que toutes ces étapes sont satisfaites, la principale limitation dans l’obtention d’une solution précise pour le mouvement des planètes réside dans la nature chaotique du système qui limite la validité des solutions à environ 60 millions d’années.

Monday, March 17th, 11AM:
Dynamique de l’adaptation chez les bactéries.

Jean Baudry (LCMD, ESPCI)

Les bactéries ont développé beaucoup de stratégies pour s’adapter au stress et à la pression de sélection de leur environnement. Pour comprendre ces mécanismes, une première approche, la plus développée aujourd'hui, est d'étudier à l'échelle moléculaire les processus mis en jeu. La deuxième approche, détaillée ici, est de s'intéresser à l'échelle intégrée du microorganisme. Nous avons développé une approche basée sur la manipulation de goutte d’eau dans de l’huile qui permet de caractériser simplement les propriétés observables de bactéries, c'est-à-dire leur phénotype. Ces mesures quantitatives donnent accès à la dynamique de l’adaptation des bactéries face à un stress. Je détaillerai ici l’exemple de la variation de phase, mécanisme qui permet aux bactéries de s’adapter plus rapidement à un changement d'environnement, puis décrirai la diversification mesurée dans un système en l’absence de nourriture (phase stationnaire prolongée).

Monday, February 24th, 11AM:
Strings, Integrable Models and Biology - A New Frontier?

Antti Niemi (LMPT, Universite de Tours)

The biological function of a protein depends critically on its three dimensional geometry. But at the moment we do not know how the shape of a protein could be deduced from the DNA sequence alone. As a consequence the protein folding problem endures as one of the most important unresolved problems in science, it addresses the origin of life itself. In this talk we shall argue that the shape of a protein can actually be determined from very general principles, that are also utilized in the context of string theory and integrable models. We shall argue, that there is a universal energy function which relates to the discrete nonlinear Schrodinger equation, the paradigm integrable lattice model, that describes all known folded protein structures. We show how to derive this energy function from fundamental geometrical concepts. We show that it supports soliton solutions, that describe folded proteins with a precision where the root-mean-square distance between an experimental crystallographic structure in Protein Data Bank and its theoretical description is less than the radius of a carbon atom. We present a number of examples of numerical simulations that show how a protein folds. The simulations are performed with a laptop computer, and the simulation proceeds practically as fast as the folding does in vivo.

Monday, February 17th, 11AM:
Fluctuations à proximité d’un point critique

Caroline Crauste (Laboratoire de Physique, ENS de Lyon)

La description des systèmes hors équilibre est encore une question ouverte, de même que le retour à l’équilibre d’un système après perturbation. Si un système retourne à l’équilibre avec un temps de relaxation plus long que l’échelle de temps de l’expérience, que ce soit un système vitreux ou un système ralenti par la proximité d’un point critique, les fonctions de réponses ou de corrélation ne dépendent plus seulement du temps ou de la fréquence d’acquisition mais aussi du temps écoulé depuis la trempe, le temps d’attente. A l’approche d’un point critique comme le point critique de démixtion d’un mélange binaire, le temps de relaxation et la longueur de corrélation divergent, les fluctuations de concentration, de densité, ou de réponse diélectrique deviennent prépondérantes. Je présenterai ici tout d’abord un bref aperçu de mes travaux de thèse et de mon premier post- doctorat, sur la transition vitreuse, le vieillissement et l’auto-organisation dans les liquides. Je détaillerai ensuite les travaux effectués en post-doctorat dans le cadre de l’ERC de Sergio Ciliberto et mes projets à plus long terme.

Monday, February 10th, 11AM:
Ondes et sillages à la surface de l'eau

Elie Raphael (Gulliver, ESPCI)

Les ondes de propageant à la surface de l’eau sont à la fois fascinantes et d’une grande importance pratique. Elles peuvent être générées par le vent à la surface de l’océan, par un bateau se déplaçant sur les eaux calmes d'un lac, ou par un caillou lancé dans une mare. Ces ondes résultent d'un bilan entre l'inertie du liquide (qui tend à maintenir le mouvement) et sa tendance, sous l'action des forces de gravité et des forces de tension de surface, à retourner vers un état d’équilibre horizontal. Nous nous intéressons ici aux ondes crées par une perturbation se déplaçant à la surface de l’eau et analysons à la fois le sillage et la résistance de vague. Les applications concernent aussi bien le mouvement des navires que la locomotion de petits insectes vivant à la surface de l’eau (tels les gyrins).

Monday, January 27h, 11AM:
Hyperelastic fingering in soft solids and viscoelastic liquids

Elisabeth Bouchaud (CEA Saclay, ESPCI Paris)

While fingering instabilities in confined viscous fluids have been extensively studied, purely elastic instabilities arising in confined elastomers have not been often reported. Our experiments show that if a fluid penetrates into a polyacrylamide gel which is confined in a Hele-Shaw cell, the interface destabilizes as soon as the strain overpasses a critical value which is independent of the shear modulus of the gel. This instability manifests itself through the formation of fingers which grow within the bulk of the material. It is sudden and hysteretic, which suggests a sub-critical character. Key elements of the physical mechanism are the adhesion of the gel to the cell plates, its incompressibility, its confinement, and its ability to sustain huge strains before breaking. We also study a perfect Maxwell fluid (characterized by a single relevant frequency) made of a microemulsion of oil droplets linked by telechelic polymers in water. When the flow rate is high enough, we observe the same elastic instability as for the gel. At low flow rates, we show that the nature of the fingering instability is of a Saffman-Taylor type.

Monday, January 20th, 11AM:
Laboratory experiments of turbulence-particle interactions: preferential concentration, modified gravitational settling and collision/coalescence

Alberto Aliseda (University of Washington, Seattle)

Turbulent multiphase flows are of great relevance in many industrial and environmental applications, and still present many challenges to the scientific and engineering communities. Injection of fuel droplets in a combustion chamber, droplet collisions in atmospheric clouds or drug delivery particles in the human circulation are some examples of the relevance of this problem and the lack of understanding that hinders progress in the accurate modeling and prediction of these processes. In this talk, I will focus on inertial effects in the dynamics of droplets injected into a turbulent flow. The interaction of the droplets with the turbulent vortical structures results in accumulation of droplets in regions of high strain and the modification of the drift velocity of droplets due to gravity. Both of these effects lead to a higher probability of collisions due to smaller inter-droplet distance and higher relative velocities. I will describe an experimental-numerical collaboration aimed at solving this long standing problem. The dynamics of bubbles in turbulent flows are also affected by these phenomena. I will discuss experiments and modeling of the dynamics of bubbles in both homogeneous isotropic turbulence and the human circulation.

Monday, January 13th, 11AM:
Exact solution of integrable quantum models by separation of variables.

Giuliano Nicolli (Laboratoire de Physique, ENS de Lyon)

Quantum integrability and classical exact solvability are subjects of great relevance not only in the mathematical physics area (quantum groups etc.) but also in research areas like statistical mechanics, condensed matter theory, string theory and gauge theory. Prototypical models in this class are the Heisenberg (XY, XXX, XXZ) chains, for the quantum description of magnetism and the ice-type (six-vertex) models for the statistical mechanics description of crystal lattices with hydrogen bonds. The exact solution of several fundamental models, by the complete characterization of their spectrum and dynamics (correlation functions) remains still one fundamental open problem in mathematical physics, of great interest as it should lead to non-perturbative results in several areas of physics. Here, we present an approach aimed to solve this problem by quantum separation of variables. This is the natural quantum analogue of the classical method of separation of variables and allows a more symmetric description of classical and quantum integrability w.r.t. traditional Bethe ansatz methods. Moreover, it has the advantage to be applicable to a large class of models for which its implementation gives a characterization of the spectrum complete by construction. In the seminar the Hydrogen atom will be used to recall the main ideas about classical and quantum separation of variables as it defines one of the simplest and still nontrivial examples of integrable models. Then, my approach will be presented for a paradigmatic model of relativistic integrable QFT, the sine-Gordon model. The results for both the spectrum and the dynamics of its lattice regularization will be described and the beautiful feature of universality, emerging from the comparison with the results of other key integrable quantum models, will be pointed out.

Monday, January 6th, 11AM:
Contrôle des interactions entre chromophores et nanoparticules inorganiques. Applications à l'imagerie bi-photons et la protection contre les lasers.

Stephane Parola (Laboratoire de Chimie, ENS de Lyon)

Le domaine des nanomatériaux est en plein essor en raison des innombrables possibilités d’architectures proposées et des propriétés générées par les effets de taille (optique, mécaniques, électroniques..). La possibilité d’associer un nanoobjet inorganique à un système organique moléculaire ouvre des perspectives importantes pour le contrôle et la combinaison d’un certain nombre de propriétés, soit de la partie organique soit de la partie inorganique, telles que les réponses optiques. Nous nous sommes intéressés aux interactions dans des architectures nanohybrides organominérales et en particulier à l’impact de l’interface ou de phénomènes plasmoniques sur les propriétés optiques (luminescence, absorption non linéaire). Les résultats obtenus seront illustrés par des exemples d’applications en bio-imagerie et pour la protection optique.

Monday, December 16th, 11AM:
La dualité onde-particule à l’œil nu

Emmanuel Fort (Institut Langevin ESPCI ParisTech)

We have recently discovered a macroscopic object composed of a material particle dynamically coupled to a wave packet. The particle is a droplet bouncing on the surface of a vertically vibrated liquid bath; its pilot-wave is the result of the superposition of the surface waves it excites. Above an excitation threshold, this symbiotic object, designated as a "walker" becomes self-propelled. Such a walker exhibits several features previously thought to be specific to the microscopic realm. The unexpected appearance of both uncertainty and quantization behaviors at the macroscopic scale lies in the essence of its “classical” duality. The dynamics of the droplet depends on previously visited spots along its trajectory through the surface waves emitted during each bounce. Although based on fundamental concepts, commonly found in living systems, this path-memory driven dynamics is still unexplored in physics elementary objects. This new class of memory-encoded systems which possess a spatio-temporal non-locality shakes the frontiers between macroscopic and microscopic world. In this talk, I will first briefly present the dynamics of this object in experiments analog to the ones in quantum physics (diffraction and interference through slits, Landau quantization). Then, I will focus on the recent results we obtained showing the emergence of self-organized eigenstates for walkers submitted to a central force.

Monday, December 2nd, 11AM:
What can impurities tell us on the iron based superconductors? Mn and Ru, the evil and the good.

Pietro Carretta (Universite de Pavia, Italie)

I shall review on the effect of diamagnetic and paramagnetic impurities on the microscopic properties of optimally doped LnFeAsO1−yFy iron-based superconductors (Ln a lanthanide ion), in the light of recent µSR and NMR studies. Two limiting cases will be considered: the effect of the isovalent diamagnetic substitution of Fe by Ru and the effect of the doping with Mn paramagnetic impurities. In the first case it will be shown that Ru doping causes the appearance of static magnetism, nanoscopically coexisting with superconductivity. The magnetic ordering temperature TN and the order parameter display a dome-like dependence on the Ru content x, peaked around x = 1/4, with higher TN values for those materials characterized by a larger z cell coordinate of As. Remarkably, those are also the ones with the highest superconducting transition temperatures (Tc) in the impurity free compound. The reduction of Tc is found to be significant in the region of the phase diagram where the static magnetism develops. Upon increasing the Ru content superconductivity eventually disappears, but only for an impurity content x 0.6. On the other hand, Mn doping yields a significant reduction of the superconducting transition temperature which is particularly pronounced for Ln=La. Indeed, in LaFeAsO1−yFy Tc drops from its optimal value to zero for a Mn content around 0.2%, more than two orders of magnitude less than the Ru content requiered to suppress it! At larger Mn doping levels electron localization and a magnetic order are recovered. The implication of these results on the possible pairing mechanisms underlying those materials will be discussed. A fruitful comparison with the effect of impurities on the undoped magnetic pnictides will also be presented .

Monday, November 25th, 11AM:
Les Oxides de Pyrochlore Magnétiques: une Ecole Permanente en Magnétisme & Mécanique Statistique

Michel Gingras (Department of Physics & Astronomy, University of Waterloo and Canadian Institute for Advanced Research/Quantum Materials ProgramWaterloo University, Canada)

Le magnétisme, aussi bien du coté expérimental que théorique, s’avère depuis longtemps un contexte unique pour explorer, découvrir et comprendre les principes généraux qui régissent les phénomènes collectifs de la Nature. Depuis une vingtaine d’années, les physiciens de l’état condense s’attaquent avec enthousiasme au problème du magnétisme hautement frustré, que l’on rencontre quand les diverses interactions magnétiques microscopiques sont en forte compétition. Une classe de composés hautement frustrés particulièrement intéressants, et qui font couler beaucoup d’encre, sont les oxides de pyrochlores magnétiques, de formule chimique A2B2O7 (A=Y, Gd, Tb, Dy, Ho, Yb ; B=Mo, Ti, Sn). Dans ces systèmes, les ions A3+ et B4+ occupent chacun deux réseaux indépendants de tétrahèdres connectés par leurs sommets – une architecture apte en engendrer une haute frustration quand les interactions magnétiques entre ions sont effectivement antiferromagnétiques. Dans cette présentation, je ferai un survol de la physique de ces composés, mettant emphase sur les leçons demécanique statistique qu’ils nous ont appris et les devoirs de magnétisme quantique qui restent à faire.

Monday, November 18th, 11AM:
Information processing in gene regulatory circuits

Aleksandra Walczak (LPT, ENS)

Many of the biological networks inside cells can be thought of as transmitting information from the inputs (e.g., the concentrations of transcription factors or other signaling molecules) to their outputs (e.g., the expression levels of various genes). Given the molecular limits (small concentrations, intrinsic randomness), not all networks perform equally well, and maximizing information transmission provides a optimization principle from which we might hope to derive the properties of real regulatory networks. Inspired by the precision of transmission of positional information in the early development of the fly embryo, I will discuss the properties of specific small networks that can optimally transmit information. Concretely, I will show how the form of molecular noise drives predictions not just of the qualitative network topology but also how the quantitative parameters for the input/output relations at the nodes of the network depend on the molecular regulator elements. I will then show how we can consider time dependent information transmission.

Monday, November 4th, 11AM:
Kronecker covariance decompositions for high dimensional data

Alfred Hero (University of Michigan, US)

Kronecker covariance decompositions can be interpreted as a generalization of the matrix singular value decomposition (SVD) where the components are Kronecker product matrices. While these components are not orthogonal, the number of Kronecker components, called the Kronecker separation rank, of the decomposition plays a similar role as the rank in low rank covariance matrix approximation. We obtain high dimensional convergence rates on the approximation error of the Kronecker decomposition under a Wishart sample covariance model as a function of the number of free variables $p$ and the number of independent samples $n$. We illustrate the power of Kronecker covariance decompositions for spatio-temporal data applications in sensor networks and video processing.

Monday, October 21th, 11AM:
Non equilibrium thermodynamic of space-time

Laurent Freidel (Perimeter Institute, Canada)

In this talk I will review the evidence for a mysterious and deep relationship between gravitational dynamics and thermodynamics. I will show how we can extend this connection to non equilibrium thermodynamics. Using the fact that the gravitational equations are fundamentally holographic we show how they can be recasted in a way that shows a deep connection with the non-equilibrium dynamics of viscous bubbles. We will explore some aspects of this correspondence

Monday, October 14th, 11AM:
Higgs et Brisure de Symetrie

Fawzi Boudjema (LAPTH, Annecy)


Monday, October 7th, 11AM:
Le mouvement Brownien de Liouville

Christophe Garban (UMPA, ENS de Lyon)

L'exposé portera sur la gravité quantique de Liouville (en dimension deux), vue du point de vue mathématique. Je commencerai par un aperçu des travaux récents initiés par Duplantier-Sheffield qui donnent un nouvel éclairage à la célèbre formule KPZ. En quelque sorte, l'idée de cette formule est d'établir une correspondance entre des modèles de physique statistique définis sur des réseaux euclidiens du plan et ces mêmes modèles définis sur des "cartes aléatoires". L'origine de cette correspondance reste aujourd'hui encore en grande partie mystérieuse. Les travaux de Duplantier-Sheffield lèvent en partie le voile sur KPZ en conjecturant que la "métrique fluctuante" est donnée par l'exponentielle d'un champ libre Gaussien. Dans la seconde partie de l'exposé, j'introduirai une diffusion naturelle, le "mouvement Brownien de Liouville", qui vivra sur la limite d'échelle de ces cartes aléatoires (i.e. dans un environnement aléatoire donné par l'exponentielle d'un champ libre Gaussien). Travail en collaboration avec Rémi Rhodes (Dauphine) et Vincent Vargas (Dauphine)

Monday, September 30th, 11AM:
Collective motion in populations of colloidal robots

Denis Bartolo (Laboratoire de Physique, ENS de Lyon)

Could the behavior of bacteria swarms, fish schools, and bird flocks be understood within a unified framework? Can one ignore the very details of the interaction mechanisms at the individual level to elucidate how strikingly similar collective motion emerges at the group level in this broad range of motile systems? These seemingly provocative questions have triggered significant advance in the physics and the biology, communities over the last decade. In the physics language these systems, made of motile individuals, can all be though as different realizations of ‘’active matter’’. In this talk, I will show how to gain more insight into this vivid field using self-propelled colloids as a proxy for motile organism. -Firstly, I will show how to motorize colloidal particles capable of sensing the orientation of their neighbors. The simplicity to make, to handle and to visualize this system offers new opportunities to make accurate statistical measurements on motile populations at the lab scale. -Secondly, I will demonstrate that these archetypal populations display spontaneous transitions to swarming motion, and to global directed motion with very few density and orientation fluctuations. - Finally, I will attempt to rationalize our experimental findings by introducing a quantitative theory that accounts for the large-scale behavior of colloidal populations

Monday, September 23th, 11AM:
Magnetic fluids and aggregation in dilute suspensions

Yuri Sobral (Universidade de Brasilia)

Magnetic fluids, also known as ferrofluids, are man-made colloidal suspensions of magnetic nano particles in a liquid carrier. The influence exerted by an applied magnetic field on a magnetic fluid opens a vast array of possibilities for controlling fluid systems with a magnetic component. In particular, suspensions of magnetic nano and micro-particles, as well as emulsions consisting of suspended magnetic fluid droplets surrounded by a Newtonian continuous phase, offer a high potential for technologically important applications such as magnetic clean up of oil spills and drug targeting. In recent years, there has been a major effort in characterising such complex materials from micro/nano scale hydrodynamic simulations. In this seminar, I will give a brief presentation of magnetic fluids and then I will present some results of a numerical study of the relative trajectories of two magnetic particles interacting in a dilute suspension.

Monday, September 16th, 11AM:
Transition laminaire-turbulente dans les sillages stratifiés

Patrice Meunier (IRPHE, Marseille)

Les écoulements géophysiques tels que les sillages atmosphériques ou océaniques sont fortement influencés par la présence d'une stratification continue de la densité. Le but de cette étude est d'analyser expérimentalement et théoriquement comment cette stratification modifie le sillage d'un objet simple tel que le cylindre, dont les caractéristiques sont bien connues dans un fluide homogène. Je me focaliserai d'abord sur la transition d'un sillage stationnaire vers l'allée périodique de von Karman. Le mode instable de von Karman est stabilisé par des stratifications modérées. Mais étrangement, il peut aussi être déstabilisé pour de fortes stratifications si le cylindre n'est pas horizontal. Je m'intéresserai ensuite aux instabilités tri-dimensionnelles, qui révèlent notamment le mode A caractéristique des fluides homogènes. Un autre mode instable peut apparaître pour des cylindres fortement inclinés, et qui semble être relié à l'instabilité des tourbillons de von Karman inclinés par rapport à la stratification. Enfin, je décrirai brièvement le régime turbulent, dont l'expansion verticale est fortement diminuée comparée à l'expansion horizontale, permettant ainsi de construire un modèle semi-empirique de l'intensité du sillage lointain.

Monday, September 9th, 11AM:
Rotating Rayleigh-Benard Convection

Robert Ecke (CNLS, Los Alamos)

I will discuss experiments on Rayleigh Benard convection over a broad range of parameters including traveling wall mode states, pattern dynamics, rotation modified turbulent convection and rotation dominated convection. I will review existing work on this problem and present new results on low-Prandtl number convection at high Ra and Ta number.

Monday, July 15th, 11AM:
Engineering Ising-XY spin models in a triangular lattice

Juliette Simonet (Universite de Hambourg)

The emulation of gauge fields is of central interest since standard electromagnetic fields do not couple to the motional degrees of freedom of the chargeless atomic species investigated in optical lattices. However an effective Aharonov-Bohm phase can be engineered if the atomic wave function acquires a nontrivial phase while tunneling from one lattice site to another. In this perspective, shaken optical lattices constitute a versatile tool, which allows controlling both phase and amplitude of the tunneling parameters and thus generating artificial gauge potentials. We report here on the experimental realization of staggered artificial magnetic fluxes on a periodically driven triangular lattice. The phase distribution of a superfluid submitted to staggered fluxes obeys both the discrete Ising (Z2) and the continuous U(1) global phase symmetry. The interplay of these symmetries naturally raises the question of coupled order parameters and new universality classes of phase transitions.

Monday, June 24th, 11AM:
Basic investigations of plasma turbulence in the TORPEX device

Ivo Furno (EPFL)

The success of a future thermonuclear fusion reactor, such as ITER, will depend on our understanding and mastering of plasma turbulence and its effects on the different plasma components, including the fusion-generated suprathermal alpha particles. Progress along these venues can be achieved in basic plasma physics devices, which allow for detailed measurements of plasma turbulence in well controlled experimental setups. In this talk, I will present recent advances on the Toroidal Plasma Experiment (TORPEX) in the fundamental understanding of intermittently-generated blobs, in methods to control them , and on the dynamic of fast ions interacting with plasma turbulence.

Monday, June 3rd, 11AM:
Bulles, tubes et films: quand les interfaces pilotent les écoulements.

Anne-Laure Biance (ILM Universite Lyon 1)

Quand un liquide s'écoule dans un canal nanométrique, une situation rencontrée fréquemment par exemple dans les canaux membranaires ou dans les matériaux poreux, le rapport surface sur volume devient gigantesque. Les écoulements sont alors pilotés par les interactions avec les parois. Nous proposons de sonder ces écoulements aux échelles nanométriques dans deux situations modèles. La première concerne le transport dans un nanotube unique. Nous avons alors pu montrer que ce système modèle est prometteur pour convertir de l'énergie due à une différence de gradients salins en énergie électrique. La deuxième situation concerne le transport dans un film de savon. Dans ce cas, la déformabilité des parois joue un rôle crucial sur les propriétés électrocinétiques de ce système.

Monday, May 27th, 11AM:
Universal few-body physics in ultracold atoms

Lev Khaykovich (Bar-Ilan University, Israel)

Few-body systems with resonantly enhanced two-body interactions display universal properties in the sense that they are independent of the details of the short-range interaction potential. The central paradigm in the three-body domain, predicted in the early 1970s by V. Efimov, is associated with the infinite ladder of weakly bound states with discrete scaling invariance. This curious prediction avoided experimental verification in different systems for decades, and only recently and exclusively surrendered to ultracold atoms. After giving a general introduction into Efimov scenario, I will describe the remarkable progress in its experimental investigation with the emphasize to our studies performed with ultracold lithim gas.

Monday, May 13th, 11AM:
Viscoelasticity of nematic liquid crystals at a glance

Roberto Cerbino (Universita degli Studi di Milano)

Scattering of light is a key tool for the characterization of the structure and dynamics of soft materials. However, investigating heterogeneous samples is best done with imaging-based methods that allow for a space-resolved investigation. A somehow intermediate approach, mainly specialized to the study of the dynamics, is represented by Differential Dynamic Microscopy (DDM). DDM exploits a Fourier analysis of short movies acquired with a microscope to recover information akin to that obtained with the more traditional Dynamic Light Scattering (DLS) [1,2]. In this talk we will briefly describe the working principles of DDM and discuss its use for the characterization of the viscoelastic ratios of liquid crystals in the nematic phase. We succeed in measuring the splay, twist and bend ratios for nematic samples of 6CB with controlled alignment of the director at the cell surface. In a wide range of temperatures, the results are in excellent agreement with literature data obtained with more demanding and tedious depolarized DLS experiments. In addition, we show that our scattering-with-images approach enables us also studying heterogeneous samples made of domains of planar nematics with randomly oriented director at the surfaces, opening the possibility of the space-resolved characterization of other optically anisotropic soft materials, such as for instance DNA liquid crystals [3]. [1] R. Cerbino, and V. Trappe, Phys. Rev. Lett. 100, 188102 (2008) [2] F. Giavazzi, D. Brogioli, V. Trappe, T. Bellini, and R. Cerbino, Phys. Rev. E 80, 031403 (2009) [3] T. Bellini, R. Cerbino, G. Zanchetta, Top. Curr. Chem 318, 225-279 (2012)

Monday, April 22th, 11AM:
Patterns and flow in frictional fluid dynamics

Knut Jørgen Måløy (Department of Physics, University of Oslo)

Pattern-forming processes in simple fluids and suspensions have been studied extensively, and the basic displacement structures, similar to viscous fingers and fractals in capillary dominated flows, have been identified. Here we consider Coulomb friction and compressibility in the fluid dynamics, and discover surprising responses including highly intermittent flow and a transition to quasi-continuous dynamics. moreover, by varying the injection rate over several orders of magnitude, we characterize new dynamic modes ranging from stick-slip bubbles at low rate to destabilized viscous fingers at high rate. We classify the fluid dynamics into frictional and viscous regimes, and present a unified description of emerging morphologies in granular mixtures in the form of extended phase diagrams.

Monday, April 15th, 11AM:
Growth of interfaces: universality and exact results using quantum mechanics

Pierre Le Doussal (LPT ENS, Paris)

We first review the Kardar Parisi Zhang (KPZ) equation which describes a number of classical growth problems, such as the fluctuations of an interface between two phases. In recent years intriguing connections have been discovered between the KPZ equation and the theory of random matrices, showing that many models, from physics (transport) to probability theory (random permutations, tilings) are described by a common universality class. No direct solution of the KPZ equation however were available. We derive exact solutions for the KPZ equation using yet another connection to the quantum mechanics of interacting bosons. It shows explicitly the connection with random matrix theory, as confirmed in recent experiments in turbulent liquid crystals.

Monday, April 8th, 11AM **AMPHI C**
Intermittence des champs de vitesse et de température en turbulence fortement stratifiée, et rôle de l'hélicité et de la rotation

Annick Pouquet (NCAR, Boulder, US)

La turbulence stratifiée est présente dans de nombreux écoulements géophysiques et astrophysiques, avec en sus une rotation non négligeable et la création d'hélicité (corrélations entre vitesse et vorticité) dont le rôle dynamique n'est pas entièrement élucidé mais semble observable. et mesurable. Elle présente des interactions multi-échelles et une forte anisotropie, deux phénomenes qui posent problème a plusieurs niveaux (théorique, numérique, et de modélisation). Cette turbulence présente la particularité d'une forte intermittence mesurée sur le champ de vitesse et de température et leurs derivées spatiales, comme le montrent plusieurs observations dans la couche limite planetaire nocturne, qui est fortement stabilisée. Apres une revue des observations d'helicité dans les écoulements atmo- spheriques et des propriétés de la turbulence hélicitaire, j'evoquerai brièvement son rôle de frein en ce qui concerne la dissipation d'enérgie. Je présenterai ensuite des résultats émanant de simulations numériques directes a haute résolution sur une grille de 20483 points, de turbulence stratifiée stable, confirmant l'intermittence des champs et de leurs derivées. Ce phénomène peut être retrouvé dans le cadre d'un modèle très simple qui montre le couplage essentiel entre vitesse verticale et température, avec une intermittence d'autant plus forte que la stratification est plus prononcée, dans une plage de paramètres. Les rôles respectifs des échelles caractéristiques présentes dans de tels écoulements sera finalement evoqué et une simulation numérique les resolvant sera proposée.

Friday, March 22th, 11AM:
To knot or not to knot

A.Y. Grosberg (New York University)

The mathematics and physics of knots has a fascinating history, starting from a model of atom suggested by W.Thompson (Lord Kelvin). Knots are now implicated in many places, from hydrodynamics to field theory. But in polymers they are the most obvious. Knots in DNA are known and important. Recently, the survey of the protein data bank found that evolution for some as yet unknown reason preferred unknotted proteins, although a few beautiful counterexamples were found, including Gordian knot in one particular protein. Having no or very few knots is also a non-trivial constraint, which appears to be relevant to understand how DNA is packed in our cells. In theoretical aspect, the field was long dominated by either highly abstract mathematics or computer simulations. Recently, some progress was made in the direction of physical understanding of knots. In the talk, all these various aspects will be reviewed in some mixture.

Monday, March 11th, 11AM:
Using scale-invariance concepts for subgrid modeling in Large Eddy Simulation

Charles Meneveau (Johns Hopkins University, Baltimore, US)

We provide an overview of the modeling challenges in Large Eddy Simulations (LES) of hydrodynamic turbulence. LES is a subfield of turbulence research where "physics meets engineering", where the multi-scale properties of turbulence (e.g. power-laws) long studied by physicists are of direct relevance for calculations that are then useful in various "applied" contexts such as studying turbulence in wind farms. After a fairly qualitative overview of LES, we review the notion of eddy viscosity and then describe various applications of the ``generalized Germano identity'' to determine unknown model parameters from fundamental, physics-based constraints. This approach, which some have termed a ''computational Renormalization Group Technique", is illustrated through applications to determining eddy-viscosity coefficients, roughness parameters for flows over rough surfaces, and unknown drag coefficients for turbulent flows through forests of fractal-like trees.

Monday, February 18th, 11AM:
A Granocentric viewpoint on random packing of spheres

Maxime Clusel (L2C, Montpellier)

I will present and discuss a simple statistical model for the random packing of frictionless, originally introduced to find the link between polydispersity and packing structure. We simplify the problem by considering the "granocentric" point of view of a single particle in the bulk, thereby reducing random packing to the assembly of nearest neighbours, followed by a random choice of contacts among them. The model is based on only two parameters, the available solid angle around each particle and the ratio of contacts to neighbours, which are both directly obtainable from experiments or simulations. As a result, the model allows for the microscopic distributions of nearest neighbours and contacts, the local density fluctuations as well as the global density of the packing, given the size distribution of the particles. We find that this granocentric view captures the essential properties of the polydisperse emulsion packing. I will conclude by presenting the limitations of this approach and possible extensions.

Monday, February 11th, 11AM:
Une ballade à la frontière glissante entre physique et sciences sociales.

Pablo Jensen (Laboratoire de physique de l'ENSL, IXXI)

Physique et sciences sociales semblent trop éloignées pour qu'on puisse mener des recherches intéressantes sur une hypothétique frontière. Pourtant, de réels échanges ont lieu depuis des siècles, et ils ont même contribué fortement à la naissance de la physique statistique. Après un bref historique, je présenterai les deux domaines de collaborations actuels : des modèles simples, inspirés de la physique statistique, qui prétendent simuler la société, et des analyses de données sociales grâce aux réseaux complexes. Je conclurai en lançant la discussion sur les visions du monde très différentes qu'inspirent ces deux disciplines.

Monday, February 4th, 11AM:
Deux expériences paradoxales de fragmentation solide, et de mouvement Brownien

Emmanuel Villermaux (IRPHE, Universite d'Aix-Marseille)

L'exposé abordera deux expériences dans des contextes différents, dont le point commun est d'offrir des observations inhabituelles: La première concerne la fragmentation par impact d'un objet solide cohésif dont la brisure résulte d'un processus d'agrégation en cascade inverse, depuis les atomes jusqu'aux fragments finaux stables. La seconde est une manifestation du mouvement Brownien d'une particule piégée. Pour certaines conditions initiales bien choisies, la trajectoire de la particule est super-diffusive, offrant ainsi une mesure directe de la force aléatoire imaginée par Langevin en 1908.

Monday, January 28th, 11AM:
Instrumentation pour l'observation millimétrique en astrophysique

Alain Benoit (Institut Neel, Grenoble)

Le domaine du rayonnement électromagnétique de longueur d'onde millimétrique est très riche pour l'observation de notre univers car il permet d'observer le rayonnement fossile émis après le Big Bang aussi bien que les nuages de gaz et de poussières froides à l'origine de la formation des étoiles. Ces observations sont possibles au sol pour les longueurs d'ondes supérieures à 1mm (télescope en altitude) mais une observation à plus haute fréquence ne peut se faire qu'en ballon stratosphérique ou en satellite. Apres une description de l'ensemble d'un tel instrument: cryogénie 0.1kelvin, optique millimétrique, filtres, détecteurs, je présenterai l'expérience ballon archeops et le satellite Planck. Je terminerai par les développements en cours sur les matrices de détecteurs à base de résonateurs supraconducteurs (KIDs) que nous installons sur le télescope de 30m de l'IRAM en Espagne.

Monday, January 21st, 11AM:
Quelques interactions mécaniques entre plantes et écoulements

Emmanuel de Langre (LadHyX, Ecole Polytechnique, Palaiseau)

Je vais présenter plusieurs résultats récents sur les mécanismes génériques d'interactions statiques et dynamiques entre plantes et écoulement : la réduction de trainée par changement de forme ou auto-élagage, la dynamique vibratoire des systèmes branchés et les interactions entre écoulements et canopées. Ces interactions peuvent jouer un rôle important dans la vie de la plante ; elles peuvent également inspirer des conceptions de systèmes mécaniques alliant simplicité et efficacité. de Langre. The Journal of Experimental Biology, (2012) 215, 914-921. Lopez et al. Journal of Theoretical Biology (2011) 117–124. Theckes et al. Bioinspiration And Biomimetics, (2011), 6, 046010

Monday, January 14th, 11AM:
The dynamics of 2d- and 3d- topological glasses

Jean-Pierre Eckmann ( Université de Genève)

Je donnerai un aperçu de resultats concernant des modèles de verres (purement topologiques) en 2 et 3 dimensions, obtenus avec Maher Younan, et en partie, avec Pierre Collet. Nous verrons que le cas 2-dimensionnel est assez bien compris, mais en 3d, rien que la définition d'un modèle raisonnable est une tâche ardue. Néanmoins, une définition soigneuse d'une énergie locale permet d'observer un comportement d'un verre, en ce qui concerne le retour à l'équilibre.

Monday, January 7th, 11AM:
Universal statistical properties of competitive systems: application to poker tournaments, sport championships (baseball, football), and games.

Clément Sire (LPT - IRSAMC, Université de Toulouse & CNRS)

We present a simple model of Texas hold'em poker tournaments, a toy model of a (greedy!) human society, which retains the two main aspects of the game: a) the minimal bet grows exponentially with time; b) players have a finite probability to bet all their money. The distribution of the fortunes of players not yet eliminated is found to be independent of time during most of the tournament, and reproduces accurately data obtained from Internet tournaments and world championship events. The properties of the "chip leader" (the richest player at a given time) are also considered. This model also makes the connection between poker and the persistence problem widely studied in physics, as well as some recent physical models of biological evolution, and extreme value statistics. Finally, the modelization of other competitions (baseball and football championships, tree games and the link with a random polymer model...) will be briefly addressed. Une page de vulgarisation sur ce theme avec d'autres liens utiles : http://www.lpt.ups-tlse.fr/spip.php?article239

Monday, December 17th, 11AM:
Turbulence d'une pelote de vortex superfluides

Philippe-E. Roche (Institut Neel, Grenoble)

Il est difficile de brasser un pot de miel avec une cuillère car la viscosité de ce fluide freine efficacement tout écoulement. Par contre, dans un fluide moins visqueux comme dans le café d'une tasse, un simple mouvement de cuillère génèrera des tourbillons de différentes tailles : l'écoulement est "turbulent". Malgré les apparences, la viscosité du café continue toutefois de jouer un rôle central en freinant très efficacement les tourbillons les plus petits, et in-fine, en dissipant toute l'énergie cinétique de l'écoulement. Qu'advient-il si l'on brasse un fluide ne présentant strictement aucune viscosité ? Un liquide exotique permet d'aborder cette question : l'hélium superfluide. En dessous de 2,17 K, l'hélium liquide entre en effet dans une phase quantique et il acquiert des propriétés remarquables dont celle de pouvoir s'écouler sans présenter d'effet visqueux. Dès 1955, Richard Feynman a introduit ainsi le concept de "turbulence quantique", encore appelé "turbulence superfluide", mais il a fallu attendre près d'un demi siècle pour qu'expérimentateurs, numériciens et théoriciens s'emparent en laboratoire de ce concept. Après une introduction générale, l'exposé présentera des progrès récents obtenues expérimentalement et par simulations numériques. En particulier, le concept de cascade de Kolmogorov sera revisité dans le cadre du modèle "à deux fluides" des écoulements quantiques.

Monday, December 10th, 11AM:
Séparation de sources: principes, tendances et applications.

Christian Jutten (Gipsa-lab, Grenoble)

Le problème de séparation de sources est une extension d'un problème fondamental de traitement du signal : extraire le signal utile dans le bruit. Ce problème se pose dès que l'on utilise des observations multidimensionnelles qui sont toujours des mélanges plus ou moins complexes de sources de plusieurs origines. Ce type d'observations est devenu très fréquent avec la banalisation de systèmes comportant plusieurs, voire des centaines de capteurs, par exemple en imagerie cérébrale (EEG, IRM), en communications ou en imagerie hyperspectrale, etc. Dans cet exposé, je présenterai les principes des méthodes de séparation, selon différents niveaux de complexité des modèles de mélanges. J'indiquerai ensuite les tendances et les verrous actuels. Je terminerai avec quelques applications afin d'illustrer plus concrètement les deux premières parties de l'exposé.

Monday, November 26th, 11AM, **AMPHI C**:
Mouvements visco-élastiques lors de la morphogénèse de l'embryon de vertébré : brisures de symétrie, conditions aux limites, mouillage élastique.

Vincent Fleury (Laboratoire MSC, Paris)

Des avancées récentes en imagerie du développement embryonnaire permettent de visualiser in vivo comment une petite masse ronde de cellules devient un petit animal reconnaissable. La morphogénèse d’un vertébré typique comme un poulet consiste en des mouvements tourbillonnaires, rapides, déterminés, globaux, sur une petite rondelle d’environ 5 millimètres. Ces tourbillons présentent un comportement hydrodynamique de type quadrupolaire. Une particularité inhabituelle de ces mouvements est d’induire par différentiation un mouillage du tissu sur lui-même (appelé gastrulation en biologie). Cet auto-mouillage présente un caractère exponentiel, et donc un avantage dynamique (sorte de Darwinisme morphogénétique). Ces travaux ont un impact sur l’image que l’on se fait traditionnellement des animaux, sur l’interprétation de l’évolution, sur les perspectives de la médecine régénérative, et même, ils pourraient expliquer la soudaineté d’un événement comme l’ "explosion du Cambrien". De nombreux films de développement embryonnaire seront montrés, entre le stade blastula, et l’animal reconnaissable (2 jours de développement du poulet).

Monday, November 19th, 11AM:
Local probing of quantum systems: from 2DES to superconducting semiconductors

Franck Dahlem (LTDS, EC Lyon)

Quantum Hall effect and superconductivity are two particular examples of low temperature quantum phenomena, which remain on a macroscopic scale. To unveil the origin of these effects, scanning probe microscopies working under cryogenic environment were developped in the last decades. Via the electrical version of these techniques, local potential measurements were performed on two-dimensional electron system (2DES) in the adiabatic regime of the quantum Hall effect. The results emphasized a microscopic model of the quantum Hall effect based on compressible and incompressible stripes. For superconductors based on semiconductor materials, the nature and spatial distribution of superconductivity can be obtained by subKelvin scanning tunneling spectroscopy. The energy gap characteristics in superconducting silicon was thus found to follow the BCS model and its spatial dispersion was assigned to the chemical composition variations as recently observed by atom probe tomography analysis. On polycrystalline boron-doped diamond film, strong correlation between the local superconductivity strength and the granular structure of the film was shown. In all these cases, relevance of the relation between material and physical properties was pointed out.

Monday, November 12th, 11AM:
Les mystères de l'eau : expériences et simulations sur le liquide métastable

Frédéric Caupin (LPMCN, Lyon)

L'eau est un liquide plein d'anomalies : par exemple il se dilate au lieu de se contracter quand on le refroidit au-dessous de 4°C. Depuis les années 70, on s'est aperçu que cette anomalie, ainsi que de nombreuses autres, s'accentuaient quand le liquide était surfondu, c'est à dire refroidi au-dessous du point de fusion de la glace. Plusieurs scénarios ont été proposés pour expliquer ce comportement. L'un met en jeu une température à laquelle liquide devient instable. Un autre, basé sur des simulations de dynamique moléculaire, fait intervenir une transition entre deux phases liquides, différant par l'organisation des molécules d'eau. Jusqu'à maintenant, aucune preuve expérimentale directe n'a pu être obtenue : en effet, de nombreuses mesures ont été faites sur le liquide surfondu, mais la cristallisation inévitable a toujours empêché d'obtenir une réponse claire. Nous étudions cette problématique sous un angle différent : nous mesurons les propriétés de l'eau liquide à pression négative. Après avoir expliqué ce qu'est une pression négative et comment la générer, je décrirai nos résultats récents. Nous avons tout d'abord étudié la pression à laquelle le liquide "craque" par apparition de bulles de vapeur ou cavitation. Nous avons ainsi caractérisé le phénomène de cavitation et localisé le maximum de densité de l'eau à pression négative. Tout récemment, en mesurant la vitesse du son dans l'eau doublement métastable, à la fois surfondue et à pression négative, nous avons observé un comportement surprenant, qui pourrait bien recéler la clef des mystères de l'eau.

Monday, October 22nd, 11AM:
Transferts verticaux d'énergie en turbulence géostrophique

Antoine Venaille (Laboratoire de Physique, ENS Lyon)

La compréhension des mécanismes de dissipation de l'énergie dans l'océan est un enjeu majeur de la dynamique des fluides géophysiques. Les écoulements océaniques sont forcés en surface par les vents, et une partie importante de l'énergie est dissipée par la friction au fond. Reste à savoir comment est transférée l'énergie de haut en bas. Nous proposerons une explication dans le contexte des modèles quasi-géostrophiques. Ces modèles décrivent bien la dynamique des océans pour des échelles comprises entre 10km et 1000km. Les écoulements quasi-géostrophiques sont tridimensionnels mais ont des propriétés similaires aux équations d'Euler en deux dimensions. En particulier, ces écoulements s'organisent spontanément en structures cohérentes à grande échelle. La mécanique statistique d'équilibre permet de prédire cette auto-organisation. L'intérêt de l'approche est de réduire un problème de turbulence à l'étude de quelques paramètres comme l'énergie ou l'enstrophie de l'écoulement. Les applications antérieures de cette théorie dans le contexte océanique ont permis de décrire la formation de jets et de vortex en forme d'anneaux. Nous montrerons que la mécanique statistique permet aussi de comprendre comment l'énergie est transférée du haut vers le bas par la turbulence geostrophique.

Monday, October 15th, 11AM:
The role of air in granular dynamics

Devaraj van der Meer (Twente)

In many granular systems, the air that is present between the grains has major consequences for their dynamics. Here we discuss two examples: The Faraday heaps that form spontaneously when a layer of grains is shaken vertically and the impact of a sphere onto a bed of very loosely packed sand. The latter results into a surprisingly vigorous jet that shoots up from the surface of the bed. However, when the ambient pressure is reduced this jet is found to be much weaker. We will discuss the process of jet formation in detail, argue that it is caused by the gravitational collapse of the cavity that is created upon impact, and finally trace back the influence of the interstitial air to the drag that the sphere experiences inside the sand.

Monday, October 8th, 11AM:
Le rôle de la dérive de Stokes dans le problème de la dynamo

Wietze Herreman (LIMSI, Paris Sud)

En 1834, Stokes a expliqué comment des particules de fluide sous des ondes de gravité propagatrices peuvent effectuer un mouvement moyen, alors que l'écoulement moyen Eulerien est identiquement nulle (illustré ci-contre). Ce phénomène, connu sous le nom de ''la dérive de Stokes'' participe au mélange des particules dans les océans [1].

Récemment [2], nous avons trouvé que cette même dérive joue un rôle important dans le problème de la dynamo, de la génération du champ magnétique dans un écoulement de fluide conducteur (métal liquide, plasma). Un écoulement de type onde génère un champ magnétique par l'intermédiaire de sa dérive de Stokes. Il suffit donc de calculer la dérive de Stokes associée à l'onde, pour étudier son caractère dynamogène.
Ce résultat est le plus facilement illustré suivant une approche Lagrangienne, mais se distille rigoureusement des approches classiques type champ moyen [3-4] auxquelles on continue à faire appel pour expliquer la dynamo. En établissant ce lien, nous voulons offrir un point de vue critique sur des idées reçues concernant les effets moyen, type effet alpha.
Notre modèle est testé sur une classe d'ondes particulières, qui ont un écoulement de G.O.Roberts (grand classique pour la dynamo) comme dérive de Stokes. Ensuite, nous l'utilisons pour expliquer pourquoi des ondes inertielles et des ondes de Rossby dans des fluides en rotation rapide ne seront pas des dynamos très efficaces.

[1] Falkovich, G., 2009, JFM 638, 1-4
[2] Herreman, W. & Lesaffre, P., 2011, JFM 679, 32-57
[3] Braginsky, S. I., 1964, Sov. Phys. JETP 20, 726-735
[4] Krause, F. & Radler, K.-H., 1980, Berlin, Pergamon Press

Monday, September 24th, 11AM:
Reconfigurable self-assembly through chiral control of interfacial tension

Thomas Gibaud (Laboratoire de Physique, ENS Lyon)

The interfacial tension between molecular species in self-assembling systems plays a crucial role in determining the physical properties of the mesoscopic assemblages. The predominant method for controlling interfacial tension is the addition of surfactant molecules, which preferentially adsorb onto the interface and modify the interactions between the two phases. Using a model colloidal membrane (Fig.1) composed of chiral, rod-like fd-viruses, I will present a new method for controlling interfacial tension which does not require additional surfactant components, but instead utilizes the intrinsic chirality of the constituent rods.
I will demonstrate that chirality can be used to continuously tune the interfacial tension of a membrane and to drive a dramatic phase transition from two-dimensional membranes to one-dimensional twisted ribbons. Using a wide variety of microscopic techniques, this transition is characterized over length-scales, ranging from nanometers to microns. Finally, using optical forces we demonstrate that malleable chiral assemblages can easily be moved, stretched, attached to each other, and transformed between multiple polymorphic states, thus enabling precise assembly and sculpting of highly adaptable materials with complex topologies.

Fig.1 Using a mixture of fd viruses as model colloidal rods and polymers we induce the condensation of the rods into colloidal membranes, a monolayer of aligned rods. The microscopy images show from left to right the transition from colloidal membranes to twisted ribbons as we increase the chirality of the rods (scale bar: 2µm). The schematics below illustrate the structure of the membrane and the twisted ribbon.

Monday, July 2nd, 11AM:
Glass transition and jamming in soft colloids

Michel Cloitre (ESPCI, Paris)

Microgels are polymeric network particles which can be viewed as model representatives of a broad class of colloids interacting through soft repulsive interactions. They undergo a liquid to glass transition similarly to molecular systems and, at high concentration they pack into jammed disordered states due to the deformability of the individual particles.
After describing the phase behaviour of ionic microgels, we will present a recent theory that predicts the near-equilibrium properties of the jammed suspensions (statistical distribution, osmotic pressure, shear modulus), the non linear rheology (shear and normal stresses), slip and other surface phenomena observed near smooth surfaces. To conclude, we will discuss the generality of our results in relation with other colloidal architectures.

Thursday, June 7th, 6PM, AMPHI MERIEUX:
Ultracold atoms as a new tool in condensed matter physics.

Lev P. PITAEVSKII

INO-CNR BEC Center, Dipartimento di Fisica, Universita` di Trento
Via Sommarive 14, I-38123 Povo, Italy
and
Kapitza institute for physical problems, Kosygina 2, 119334 Moscow, Russia

The lecture is devoted to a popular presentation of experiments with trapped ultra cold gases. These experiments open new possibilities for the condensed matter physics, permitting to create new substances, which cannot exist in usual conditions, to demonstrate fundamental quantum phenomena in a visual way and to check sometimes exotic theoretical predictions. The possibility of tuning atom-atom interactions, using the Feshbach resonance, is particularly fruitful. Experiments with Bose-Einstein condensates, strongly interacting superfluid Fermi gases and atoms in optical lattices are discussed in some details.

Monday, June 4th, 11AM:
Des gouttes et des plis

José Bico (PMMH, ESPCI)

Négligeables dans notre monde macroscopique, les forces capillaires dominent lorsque des échelles submillimétriques sont considérées. Ces forces permettent ainsi aux araignées d'eau marcher sur la surface d'une mare, mais colleraient les ailes des papillons s'ils ne savaient pas s'en protéger. Ces forces jouent également un rôle clé et souvent néfaste dans l'élaboration de micro-systèmes mécaniques. Nous verrons au travers d'expériences "de coin de table" comment une goutte d'eau peut plier un solide et nous aider à réaliser des micro-structures complexes. Nous aborderons enfin des expériences récentes de fissures de films minces qui présentent des ingrédients élasto-capillaires.

Monday, May 21st, 11AM. Attention : en AMPHI SCHRÖDINGER !
COUNTER-EXAMPLES
Charms, Cautions, and Cognition

Michael E. FISHER

Institute for Physical Science and Technology
University of Maryland
College Park, MD 20742, USA

The talk will discuss informally the charm and attractions of counterexamples in theoretical science, some of the cautions to be borne in mind, and their sometime valuable contributions in providing true insight. Examples from some of the speaker’s long-ago work will be cited.

References:
[1] MEF and I.J. Zucker, On a Non-linear Differential Equation for the Zeropoint Energies of the Rare Gas Solids, Proc. Camb. Phil. Soc. 57 (1961) 107-114.
[2] MEF, The Excluded Volume Problem, Faraday Soc. Discuss. No. 26 Macromolecules (Leeds, 1958) 200.
[3] MEF and M.F. Sykes, Excluded-Volume Problem and the Ising Model of Ferromagnetism, Phys. Rev. 144 (1959) 45-58.
[4] MEF, On Discontinuity of the Pressure, Commun. Math. Phys. 26 (1972) 6-14.
[5] G. W. Milton and MEF, Continuum Fluids with Discontinuity in the Pressure, J. Stat. Phys. 32 (1983) 413-438.

Monday, May 14th, 11AM:
The end of the quantum spin ladder problem?

Andrey Zheludev (Laboratory for Solid State Physics, ETH Zurich)

Since the early 90's, the Heisenberg antiferromagnetic spin ladder has been the most important model in quantum magnetism. It combines the essence of strong quantum fluctuations with the unique topology of one dimension. Despite its simplicity, it serves as a prototype for such fundamental phenomena as confinement, mass generation, quantum phase transitions, Tomonoga-Luttinger liquids, Bose-Einstein condensation and localization. The past few years have seen an enormous progress in understanding the physics of quantum spin ladders at an unprecedented level of detail. This progress is due to simultaneous advances in the synthesis of prototypical compounds, neutron scattering instrumentation, and algorithm development. The simplest symmetric-ladder problem can now be considered totally solved. At the same time, many new challenges await us in slightly more complicated ladder systems with geometric frustration, exotic exchange interactions, disorder, and spin-lattice coupling.

Monday, April 23rd, 11AM:
Les points de Dirac, du graphène aux atomes froids

Gilles Montambaux (LPS, Orsay)

La découverte du graphène, où les électrons se comportent comme des particules sans masse, a suscité un énorme intérêt pour la physique des « cônes de Dirac », ces deux régions du spectre électronique où la relation de dispersion énergie-impulsion est linéaire. Ces deux cônes sont caractérisés par une charge topologique, une phase de Berry, et peuvent être déplacés par une modification de paramètres extérieurs, tels qu’une contrainte uniaxiale. Ils peuvent ainsi être manipulés et même supprimés sous la condition de conservation de la charge totale. Ainsi la fusion de deux cônes de Dirac est une transition topologique et peut être décrite par un Hamiltonien universel qui ne dépend pas des détails du système sous-jacent. Les caractéristiques de cette transition ont été prédites il y a quelque temps, en particulier avec un nouveau spectre tout à fait exotique appelé « semi-Dirac » : les électrons ont un masse dans une direction, mais pas dans l’autre ! Le graphène étant difficilement déformable, c’est dans d’autres systèmes qu’il faut chercher cette transition, des conducteurs organiques ou des supraconducteurs de type-d pour ce qui concerne la matière condensée.
Récemment, une très belle expérience avec des atomes ultrafroids dans un réseau optique a permis la réalisation de «graphène artificiel», dans lequel il est possible de déplacer et fusionner les points de Dirac et d’étudier le scénario prévu théoriquement. L’évolution du spectre et la transition topologique sont révélés par les oscillations de Bloch d’un gaz de Fermions (40K). On mesure la probabilité Landau-Zener de transition entre les deux bandes et on caractérise ainsi les points de Dirac qui relient les deux bandes. Nous avons calculé cette probabilité de transition en utilisant l’Hamiltonien universel qui décrit la fusion des points de Dirac et j’expliquerai l’accord remarquable que nous avons obtenu avec les résultats expérimentaux.
Finalement je discuterai d’autres scénarios de fusion de points de Dirac, en particulier dans les bicouches de graphène ou dans des gaz ultrafroids en présence de champs de jauge artificiels.

Références :
- Merging of Dirac points in a 2D crystal, G. Montambaux, F. Piéchon, J.-N. Fuchs and M.O. Goerbig, Phys. Rev. B 80, 153412 (2009)
- A universal Hamiltonian for motion and merging of Dirac points in a 2D crystal, G. Montambaux, F. Piéchon, J.-N. Fuchs and M.O. Goerbig, EPJB 72, 509 (2009),
- Creating, moving and merging Dirac points with a Fermi gas in a tunable honeycomb lattice, L Tarruell et al., arXiv:1111.5020, accepté à Nature
- Bloch-Zener oscillations across a merging transition of Dirac points, L.-K. Lim, J.-N. Fuchs and G. Montambaux, arXiv:1201.1479, accepté à Phys. Rev. Lett.

Monday, April 2nd, 11AM:
L'intrication photonique sur l'observable polarisation du point de vue de l'expérimentateur.

Sébastien Tanzilli (LPMC, Nice)

Après une introduction sur les tenants et les aboutissants de la communication quantique, les besoins en matière de sources d'intrication seront présentés. Nous illustrerons notamment certaines stratégies expérimentales développées à Nice, basées sur les technologies des télécommunications optiques, permettant la réalisation de sources performantes, à la fois en termes de brillance, d'émission en bande étroite, et de qualité de l'intrication en polarisation produite. Enfin, nous discuterons comment envisager la mise en oeuvre de véritables réseaux quantiques de communication autour de ces sources.

Monday, March 26th, 11AM:
Mousses Liquides Exotiques : Vers des Matériaux Stimulables

Arnaud Saint-Jalmes (Département « Matière Molle », Institut de Physique de Rennes)

Le fait de disperser un gaz dans un liquide savonneux donne un matériau - une mousse - qui possède à la fois des spécificités d’un gaz, d’un liquide, voire même d’un solide. Ces dernières années, de nombreux mécanismes élémentaires ont été décryptés sur la stabilité, le vieillissement ou la rhéologie de ces mousses liquides, en se basant sur des solutions moussantes de tensioactifs modèles et de formulations chimiques simples.
Dans cet exposé, je présenterai d’abord des résultats sur le comportement de mousses « exotiques », basées sur de nouveaux types de stabiliseurs interfaciaux et/ou faites à partir de fluides complexes variés. Dans tous ces cas, nous verrons que de nouveaux comportements sont obtenus. Ces exemples nous permettront d’illustrer les couplages forts entre la formulation chimique - pilotant tous les mécanismes microscopiques entre les bulles et à leurs surfaces - et les comportements macroscopiques de la mousse.
Pour aller vers des comportements macroscopiques toujours plus originaux, notre objectif a alors consisté à concevoir des mousses dont la formulation chimique in situ est réversiblement modulable via des stimuli extérieurs. En collaboration avec des chimistes, nous avons étudié des interfaces liquides et des mousses dopées par des molécules stimulables (réactives à la lumière et à la température). J’illustrerai par des exemples comment une telle réactivité moléculaire peut, ou pas, être transposée à une échelle macroscopique, via la structure d’une mousse. Je montrerai aussi comment des déformations et déplacements macroscopiques peuvent être induit si le stimulus n’est pas spatialement uniforme.

Monday, March 19th, 11AM:
Optomécanique: photons et oscillateurs mécaniques en interaction

Ivan Favero (MPQ, Université Paris Diderot)

Les oscillateurs mécaniques de petite taille (micro- ou nano) ont une masse si faible qu'ils peuvent ressentir fortement l'action mécanique d'un faisceau de lumière qui les illumine. La pression de radiation ou la pression photothermique sont par exemple capables de produire une force palpable sur un micro-miroir. Je présenterai des recherches récentes qui utilisent l'action mécanique des photons pour contrôler activement les propriétés de micro at nano-oscillateurs mécaniques. Une perspective de ces recherches est le refroidissement optique d'un tel oscillateur mécanique jusqu'à son régime quantique de vibration, le développement de capteurs optiques/mécaniques mais aussi l'étude de nouveaux régimes de couplage fort entre photons et phonons.

Monday, March 12th, 11AM:
Optimization of heat and work in mesoscopic processes

Erik Aurell (KTH, Stockholm)

With the advent of micromanipulation it has become possible to exert forces in the pN range over distances of the order of nm. Since k_b T at room temperature is about 4 pN * nm this means that one can now control small physical systems, where the control has to compete with thermal noise. Prime examples are beads in optical traps, single-molecule pulling experiments, and molecular motors.
Classical thermodynamic concepts such as work (exerted on a system) and heat (released to or absorbed from the environment) now hence also have meaning as fluctuating quantities which can be measured. It is well known that these fluctuations are not totally arbitrary, but are constrained by fluctuation relations such as the Jarzynski Equality.
We have studied the problem of minimizing (in expectation) the quantities that also go into the fluctuation relations, that is expected work or expected heat.The problem can be mathematically stated as stochastic optimization of a kind that is difficult to solve. For the important case of over-damped diffusion processes there is however a suprisingly simple solution in terms of Burgers equation (or nonlinear diffusion equation) for an auxiliary field, and mass transport by the corresponding velocity field. This generalizes a pioneering result by Schmiedl and Seifert on minimizing work when moving or changing harmonic traps.
One consquence of the general formulation is an improvement of Landauer's bound on the heat released when setting one bit, if it has to be done in a finite time. If temperature is not constant in time and/or space an analogous simplification of the stochastic optimization problem occurs not for the released heat, but for the somewhat abstract quantity of "entropy production in the environment".
This is joint work with Paolo-Muratore-Ginanneschi, Carlos Mejia-Monasteiro, Krzysztof Gawedzki, Roya Mohayaee, Stefano Bo, Antonio Celani and Ralf Eichhorn.

Monday, March 5th, 11AM:
Modélisation des mouvements collectifs de bactéries : équations paraboliques et cinétiques

Vincent Calvez (UMPA, ENS Lyon)

Le but de cet exposé est de présenter des travaux récents d'analyse et de modélisation du chimiotactisme (mouvement de cellules attirées par des signaux chimiques). En particulier nous avons mis en évidence que le modèle classique de Keller-Segel n'est pas bien adapté à la description d'une population de bactéries en interaction. Nous avons développé un modèle cinétique qui permet une meilleure adéquation avec les expériences. Ce modèle cinétique décrit fidèlement le processus de 'run-tumble' effectué par les bactéries. Il a été validé sur des expériences d'ondes de propagation de bactéries dans des micro-canaux (en collaboration avec l'équipe de P. Silberzan, Institut Curie, Paris).
Je présenterai un état de l'art sur l'analyse du modèle de Keller-Segel, puis je montrerai en quoi la modélisation cinétique est plus approprié pour ce qui concerne les bactéries.

Monday, February 6th, 11AM:
Transport quantique dans les nanocircuits

Frédéric Pierre (LPN, Marcoussis)

L'exploration des lois quantiques de l'électricité dans les nanocircuits est un champ de recherche fondamental avec des implications directes pour l'ingénierie quantique de futurs nanodispositifs.
Lorsqu'un conducteur est suffisamment petit pour que la phase quantique des électrons y soit préservée, ses propriétés de transport sont modifiées par les interférences quantiques entre trajectoires électroniques. L'effet Aharonov-Bohm dans un anneau métallique et la quantification des niveaux électroniques dans une petite boîte quantique en sont des illustrations frappantes. Un défi actuel majeur est de comprendre les mécanismes de décohérence qui limitent les phénomènes quantiques, et de les maitriser. Après une introduction au transport quantique, je présenterai dans la première partie de l'exposé une stratégie d'investigation expérimentale des mécanismes de décohérence basée sur la spectroscopie de la fonction de distribution électronique en situation hors d'équilibre.
Le transport à travers un conducteur quantiquement cohérent dépend aussi du circuit environnant. D'une part, le conducteur se fond avec son environnement immédiat du fait de l'extension finie de la fonction d'onde électronique, ce qui peut former un conducteur cohérent différent. D'autre part, lorsqu'il est inséré dans un circuit, le conducteur cohérent interagit avec son environnement électromagnétique. Ces interactions modifient les lois de l'électricité et notamment la composition des impédances, on parle de blocage de Coulomb dynamique. Dans la deuxième partie de l'exposé, j’introduirai ce phénomène quantique qui n’est bien compris quantitativement que dans des limites simples, et je présenterai des expériences récentes couvrant des régimes jusque-là inexplorés.

Monday, January 30th, 11AM:
Résolution de problèmes inverses par approches variationnelles

Nelly Pustelnik (LP, ENS Lyon)

La reconstruction tomographique ainsi que l'extraction des composantes de texture et de géométrie dans une image appartiennent à la classe des problèmes inverses. Une façon de résoudre efficacement chacun de ces problèmes passe par la minimisation d'un critère convexe. Nous verrons que les algorithmes proximaux sont des algorithmes d'optimisation convexe non lisse permettant de gérer simultanément diverses contraintes. Nous regarderons plus précisément l'intérêt des contraintes de parcimonie qui sont souvent associées à l'utilisation d'ondelettes.

Monday, January 23rd, 11AM:
Atomes et cavités : mesure et rétroaction quantiques

Jean-Michel Raimond (LKB, ENS Paris)

Nous pouvons compter sans les détruire les photons stockés dans une « Boîte à photons » d'une qualité sans précédent, en sondant le champ avec des atomes très sensibles. Cette mesure idéale illustre tous les postulats quantiques. Elle prépare naturellement des états non-classiques avec un nombre de photons parfaitement déterminé. Ces états sont soumis à une décohérence rapide, se manifestant par des sauts quantiques de l'intensité qui peuvent être suivis en temps réel.
Pour protéger ces « états nombre » de la décohérence, nous utilisons une transposition au monde quantique des procédures de rétroaction, omniprésentes dans les systèmes classiques complexes. Nous utilisons l'information fournie par les atomes pour réagir en temps réel sur l'état du champ, et maintenir un nombre de photons donné en dépit de la décohérence et de la perturbation induite par la mesure elle-même. Cette stabilisation d'états non-classiques ouvre des perspectives intéressantes pour la transmission et le traitement quantiques d'information.

Monday, January 9th, 11AM:
Nanoparticules Luminescentes

Christophe Dujardin (LPCML, Lyon)

La physique du solide classe généralement les matériaux en trois catégories : métaux, semi-conducteurs et isolants. Ces différentes classes de matériaux présentent des propriétés électriques et optiques très différentes. Lorsque l’on passe des systèmes macroscopiques aux nano-systèmes, certaines propriétés s’en trouvent modifiées. Un bref rappel des effets de la diminution de taille sur les propriétés optiques (notamment la luminescence) sera proposé. Si le cas des semi-conducteurs (quantum dots) est relativement connu, les isolants dopés le sont beaucoup moins et seront plus détaillés. A la suite de cette introduction, un focus particulier sur trois aspects traitant d’aspects fondamentaux mais également applicatifs des nanoparticules luminescentes sera proposé :
- Du point de vue fondamental certaines grandeurs usuelles aux échelles macroscopiques deviennent délicates à définir : c’est le cas de l’indice de réfraction. Nous verrons comment l’utilisation de nano-particules luminescentes peut aider à le définir.
- L’ablation laser en liquide est une technique de synthèse pratique permettant de préparer en solution des nano-particules. Nous verrons comment l’analyse spectrale du plasma induit permet de proposer des scénarios de croissance des particules.
- Enfin, dans le domaine de la scintillation, les nanoparticules sont envisagées en complément de la radiothérapie afin d’augmenter l’efficacité des traitements du cancer. Nous verrons comment sont modifiées aux très petites tailles les interactions avec un rayonnement ionisant.

Monday, December 12th, 11AM:
Vers la manipulation et l’exploration mécanique de micro et nano-objets individuels de manière interactive et contrôlée en force ?

Florence Marchi (Institut Néel, Grenoble)

La manipulation d’objets microniques et nanométriques, de manière individuelle et contrôlée en force, constitue une étape indispensable mais délicate en vue de les positionner et de les maintenir au cœur d’un faisceau d’analyse (laser ou rayons X par exemple) pour étudier leurs propriétés physicochimiques intrinsèques.
Pour y parvenir, plusieurs techniques de micro/nano-manipulation très performantes et plus ou moins récentes sont utilisées couramment telles les pinces optiques ou magnétiques ou encore des micro/nano-préhenseurs de type pince mécanique fabriqués à partir des technologies MEMS (Micro-Electro-Mechanical Systems). Ces techniques instrumentales sont robustes et fiables mais manquent de versatilité (environnement de travail contraint, nécessité d’un retour visuel pour localiser et guider la manipulation) ainsi que d’interactivité avec l’expérimentateur.
Pour dépasser ces limitations, nous développons une plateforme interactive de nano-manipulation à deux outils : actuellement deux sondes de microscopie à force atomique, pilotables à travers une interface haptique (système permettant de restituer des informations de manière tactile). Cette interface haptique permet à l’utilisateur à la fois de guider les nano-outils et de ressentir les interactions nanoscopiques associées.
Grâce à cette plateforme, différentes expériences ont été réalisées en milieux aérien ou liquide : (1) la manipulation de microsphères en deux puis trois dimensions avec un suivi permanent de la force de préhension, (2) la localisation et la reconnaissance de forme à travers une exploration haptique, (3) l’interaction avec des échantillons actifs.
En parallèle, le développement de nanoscènes virtuelles associées à une interface multi-sensorielle (retour visuel, sonore et haptique) permet de mieux comprendre, appréhender et contrôler les manipulations à l’échelle nanoscopique.

Monday, December 5th, 11AM:
Optique linéaire et spectroscopie résolue en temps d'un nano-objet métallique individuel

Fabrice Vallée (LASIM, Lyon)

Les réponses optiques linéaire et nonlinéaire – résolue en temps – des nanoparticules métalliques ont fait l'objet de très nombreux travaux ces dernières années. Ceux-ci, réalisés sur des ensembles, apportent des informations moyennées sur les distributions de taille, forme, et orientation des particules. L’étude d'un nano-objet unique permet de s’affranchir de ces limitations, ce qui a suscité le développement de nouvelles approches permettant la détection optique d'un nano-objet absorbant ou diffusant, tel qu'une particule métallique. Nous discuterons ici la méthode de spectroscopie par modulation spatiale et son application à l'étude quantitative de la réponse optique d'une nanoparticule métallique. Son extension à la spectroscopie résolue en temps sera également présentée et son apport illustré dans le cas de l'étude des interactions électrons-réseau et de la réponse vibrationnelle d'une nanoparticule.

Monday, November 28th, 11AM:
Compression d'un film mince sur un substrat élastique. Entre phénoménologie et applications.

Arezki Boudaoud (RDP, ENSL)

Les substrats enduits d'un film mince sont omniprésents dans les procédés industriels, tout comme dans les organismes vivants. Nous avons étudié le flambage (ou perte de planéité) de tels systèmes sous l'effet de contraintes mécaniques de compression, par exemple induites par dilatation thermique ou par des différences de taux de croissance entre tissus. Même si le flambage est parfois indésirable, il permet aussi de générer des motifs contrôlés. Lors de l'exposé, nous donnerons une revue de la phénoménologie de ces motifs, et discuterons leur pertinence quant à la morphogenèse dans le vivant.

Monday, November 21st, 11AM:
Boltzmann and the interpretation of entropy

Luca Peliti (Dipartimento di Scienze Fisiche, Université de Naples)

The seminar aims at providing a simple introduction to the debate on the Boltzmann explanation of irreversibility and of the ensuing interpretation of entropy. I shall review the context of the introduction of the Boltzmann equation and of the debate concerning it, hinting at the more recent developments on its study. I shall also touch about the differences between Boltzmann's and Gibbs' interpretations of entropy. I shall close by describing a few simple models in which these debates can be tackled in an elementary settings.

Monday, November 14th, 11AM:
Superluminal neutrinos in long baseline experiments and Supernova 1987a

Aldo Deandrea (IPNL, Lyon)

Precise tests of Lorentz invariance in neutrinos can be performed using long baseline experiments such as MINOS and OPERA or neutrinos from astrophysical sources. The MINOS collaboration reported a measurement of the muonic neutrino velocities that hints to super-luminal propagation, very recently confirmed at 6 sigma by OPERA. We consider a general parametrisation which goes beyond the usual one considered in quantum gravity models. We also propose a toy model showing why Lorentz violation can be specific to the neutrino sector and give rise to a more general energy behaviour. Supernova bounds and the preferred MINOS and OPERA regions show a tension, due to the absence of shape distortion in the neutrino bunch in the far detector. The energy independence of the effect has also been pointed out by the OPERA results.

Monday, November 7th, 11AM:
Stochastic thermodynamics

Udo Seifert (II. Institut für Theoretische Physik, Université de Stuttgart)

In this talk, I will give an introduction into the emerging field of stochastic thermodynamics and illustrate its main concepts with recent experimental data.
Stochastic thermodynamics provides a framework for describing small systems embedded in a heat bath and externally driven to non-equilibrium. Examples are colloidal particles in time-dependent optical traps, single biomolecules manipulated by optical tweezers or AFM tips, and motor proteins driven by ATP excess. The notions of classical thermodynamics like applied work, exchanged heat and total entropy production valid there on the ensemble level can now be consistently identified and measured on the level of an individual stochastic trajectory. Moreover, exact results that refine the second law like the Jarzynski relation and fluctuation theorems for entropy production can be proven. Key elements of this framework like a stochastic entropy can also be applied to quantum systems as experiments on an optically driven defect center in diamond will show. Finally, using these concept, the efficiency of nanoscopic machines like molecular motors can be determined and their performance be optimized.

Monday, October 17th, 11AM -- Attention : exceptionnellement en amphi D !
Films liquides entraînés : rôle des surfaces solides et liquides

Frédéric Restagno (LPS, Orsay)

Lorsqu’un solide est tiré hors d’un bain liquide, il entraîne une quantité plus ou moins grande de liquide. Suivant les cas, cet entraînement de liquide peut être bénéfique si ce qu’on cherche est par exemple l’enduction du solide ou négatif si on cherche à fabriquer un revêtement anti-adhésif. Lors de cet exposé, je m’intéressais ainsi à la modulation de la quantité de liquide entraîné.
Afin de caractériser les surfaces anti-adhésives présentant une faible énergie, nous avons développé un test quantitatif qui repose sur l’étude de la formation et de la rupture du pont capillaire qui se forme entre un bain liquide et une surface courbe recouverte du traitement étudié. Nous présenterons une série d’expériences liées à ce test sur des revêtements perfluorés. Plus particulièrement, nous étudierons l’évolution de la forme de ce pont liquide en fonction de la vitesse de tirage de la surface hors du bain et de la nature du liquide. A faible vitesse de tirage, dans le régime quasistatique, nous montrerons qu’il est possible d’utiliser cette technique pour mesurer avec une très grande précision des angles de contact et l’hystérèse de mouillage. A haute vitesse, le pont capillaire ne connecte plus le liquide au solide mais à une crêpe liquide qui se développe sur le solide. Nous discuterons les paramètres contrôlant l’apparition de cette crêpe ainsi que sa dynamique.
Dans une deuxième partie, nous nous intéresserons au rôle de la physico-chimie des liquides sur la quantité de liquide entraîné. En effet, dans le régime ou du liquide est entraîné par le solide, la rhéologie de l’interface liquide-air conduit à des modifications de la quantité de liquide entraîné, tel que prévu par la loi classique dite de Landau-Levich-Derjaguin. En particulier, nous montrerons comment avec l’équipe de théoricien de Harvard, nous avons pu mettre en évidence le rôle de la viscosité de surface intrinsèque sur l’épaississement d’un film liquide.

Référence :
Contact angle and contact angle hysteresis measurements using the capillary bridge technique Frédéric Restagno, Christophe Poulard, Céline Cohen, Laurianne Vagharchkian, et Liliane Léger, Langmuir, Langmuir, DOI : 10.1021/la901616x.

Monday, October 10th, 11AM:
Mesure directe des transferts d’énergie anisotropes dans une expérience de turbulence en rotation

Pierre-Philippe Cortet (FAST, Orsay)

La rotation d’ensemble a une influence déterminante sur la plupart des écoulements turbulents géophysiques et astrophysiques. En sa présence, la cascade d’énergie de la turbulence des grandes vers les petites échelles est modifiée par la force de Coriolis résultant dans une structuration progressive de l’écoulement en colonnes parallèles à l’axe de rotation.
Nous présentons ici une étude expérimentale du déclin d’une turbulence de grille soumise à une rotation d’ensemble. Grâce à ces expériences, nous mesurons pour la première fois la densité de flux d’énergie de la turbulence dans l’espace des échelles. Nous démontrons ainsi que la rotation induit une anisotropie des flux d’énergie qui conduit à la croissance de l’anisotropie de la distribution d’énergie entre échelles en accord avec l’équation de Karman-Howarth-Monin (KHM).
Dans un premier temps, nous montrons d’abord que lorsque qu’une grille « simple » est utilisée pour générer la turbulence, une partie importante de l’énergie est injectée dans un écoulement reproductible composé de modes d’inertie résonants. Le couplage entre ces modes et la turbulence suggère qu’une telle turbulence ne peut être considérée comme homogène ou en déclin libre, conditions indispensables à la validité de l’équation de KHM. Nous expliquons cependant comment ces modes peuvent être tués de telle manière à produire une turbulence en rotation effectivement homogène et en déclin libre.
Nous présentons aussi brièvement un travail expérimental, réalisé avec Guilhem Bordes et Thierry Dauxois, illustrant la résonance triadique d’ondes d’inertie qui constitue le mécanisme à la source des transferts d’énergie entre échelles en hydrodynamique en rotation.

Références (articles téléchargeables ici) :
- Direct measurements of anisotropic energy transfers in a rotating turbulence experiment, C. Lamriben, P.-P. Cortet, F. Moisy, Physical Review Letters 107 (2011)
- Excitation of inertial modes in a closed grid turbulence experiment under rotation , C. Lamriben, P.-P. Cortet, F. Moisy, L. R. M. Maas, Physics of Fluids 23 015102 (2011)
- Viscous spreading of an inertial wave beam in a rotating fluid, P.-P. Cortet, C. Lamriben, F. Moisy, Physics of Fluids 22 086603 (2010)

Monday, October 3rd, 11AM:
Séchage de solutions et de dispersions colloidales dans une goutte confinée

Jean-Baptiste Salmon (LOF, Bordeaux)

Nous étudions le séchage de suspensions colloidales et de solutions dans une géométrie permettant un bon contrôle des conditions d'évaporation: une goutte confinée entre deux plaques. Cette géométrie facilite l'observation, mais permet aussi un contrôle de la cinétique du séchage. Je présenterai un modèle simple permettant de quantifier cette cinétique pour le cas général de mélanges binaires. Une tel modèle montre qu'il est possible d'extraire des quantités thermodynamiques et cinétiques (activité et coefficient de diffusion mutuel) concernant le mélange, en mesurant la cinétique de séchage et les champs de concentration au sein de la goutte. Je discuterai ensuite d'expériences réalisées par J. Leng sur des suspensions de sphères dures, mais aussi des résultats récents sur des solutions de copolymères où nous utilisons une technique de miscrocopie Raman confocale pour mesurer des champs de concentration. Dans ce dernier cas, ces expériences permettent de mesurer le diagramme de phase de la solution aisément, mais une instabilité Marangoni ne permet pas l'estimation de quantités cinétique (coefficient de diffusion mutuel).

Monday, September 26th, 11AM:
Emergence of diversity in a model ecosystem

Joachim Mathiesen (Niels Bohr Institute, Copenhague)

The origin of biological diversity is a long standing issue. Any known ecological system is found to sustain multiple species which cooperate or compete with each other. The biological requirements to maintain a large species diversity on long time scales are in general unknown. Using lichen communities as an example, we propose a model for the evolution of mutually excluding organisms that compete for space. We suggest that chain-like or cyclic invasions involving three or more species open for creation of spatially separated sub-populations that subsequently can lead to increased diversity. In particular, a phase transition to a sustainable state of high diversity is identified.

Monday, September 19th, 11AM:
Un modèle simple et riche de la dynamique dissipative dans les superfluides et les condensats de Bose-Einstein : l'équation de Gross-Pitaevski avec une troncature spectrale.

Marc Brachet (LPS, ENS Paris)

Certains systèmes d'équation aux dérivées partielles conservatifs, ayant une troncature de Galerkin sur les modes de Fourier, peuvent relaxer lentement vers l'équilibre thermodynamique en présentant une thermalisation partielle à petite échelle qui induit une dissipation effective à grande échelle, tout en conservant les invariants globaux. Ce type de comportement est montré dans l'équation d'Euler incompressible (décrivant les fluides parfaits) spectrallement tronquée où des effets de viscosité effective sont exhibés.
L'équation de Gross-Pitaevski tronquée permet de généraliser cela au cas des superfluides et des condensats de Bose-Einstein. L'équilibre thermodynamique du système tronqué présente une transition de phase du second ordre (n=2,D=3) qui décrit la condensation. La dynamique de relaxation vers cet équilibre donne un modèle simple et riche des phénomènes dissipatifs dans les superfluides à température finie.
Nous présentons un ralentissement de la thermalisation qui est produit par les effets dispersifs et qui pourrait être observable dans les condensats de Bose-Einstein.
Nous montrons aussi que les effets de friction mutuelle et de contre-écoulement sont naturellement présents dans ce modèle. L'excitation thermique des ondes de Kelvin produit un effet de ralentissement des anneaux superfluides qui n'est pas pris en compte dans les descriptions phénoménologiques de type champ moyen et doit être physiquement présent dans les superfluides.

Références (articles téléchargeables ici) :
- Dispersive bottleneck delaying thermalization of turbulent Bose-Einstein condensates, Giorgio Krstulovic and Marc Brachet, Phys. Rev. Lett. 106, 115303 (2011)
- Anomalous vortex-ring velocities induced by thermally excited Kelvin waves and counter?ow effects in super?uids, Giorgio Krstulovic and Marc Brachet, Phys. Rev. B 83, 132506 (2011)
- Energy cascade with small-scale thermalization, counter?ow metastability, and anomalous velocity of vortex rings in Fourier-truncated Gross-Pitaevskii equation, Giorgio Krstulovic and Marc Brachet, Phys. Rev. E 83, 066311 (2011)

Monday, September 12th, 11AM:
Physique du Sport

Christophe Clanet (LadHyX, Palaiseau)

La physique consiste à identifier dans notre environnement des séquences qui se répètent et à essayer de les décrire avec un nombre minimal de lois. Dans ce séminaire, l'environnement sera le Sport et plus particulièrement les sports de balles. La première partie portera sur les impacts et la seconde sur l'aérodynamique et les trajectoires.

Monday, July 4th, 11AM:
Jupiter au laboratoire : étude expérimentale de la stabilité de la Grande Tache Rouge et d’un mécanisme alternatif de génération des bandes par les marées gravitationnelles

Michael Le Bars (IRPHE, Marseille)

Les bandes de Jupiter et sa Grande Tache Rouge sont parmi les caractéristiques les plus frappantes de la dynamique jovienne, observées depuis plusieurs siècles. Cependant, l’origine de ces structures est aujourd’hui encore débattue, et leur pleine compréhension nécessite une approche interdisciplinaire mêlant planétologie, géophysique, et mécanique des fluides... Dans ce cadre, je présenterai les résultats de deux expériences de laboratoire, se focalisant sur les mécanismes hydrodynamiques fondamentaux à l’origine de la dynamique jovienne.
Notre première expérience est consacrée à l’étude de la dynamique d’une sphère fluide en rotation soumise à une déformation elliptique périodique, mimant les marées gravitationnelles. Je décrirai comment les interactions non-linéaires d'une onde excitée par un tel forçage génèrent un écoulement axisymétrique intense, vu à la surface de la sphère comme une bande de cisaillement. Suivant ce mécanisme générique, les marées gravitationnelles dues à Io, Europe, Ganymède et Callisto seraient en partie à l’origine des vents zonaux observés à la surface de Jupiter.
Dans la seconde expérience, la Grande Tache Rouge, qui constitue un des exemples les plus célèbres d’anticyclone persistant au sein d’un milieu stratifié en rotation, est modélisée par l’injection d’un volume de fluide isodensité dans un réservoir tournant linéairement stratifié en eau salée. Un vortex lenticulaire se forme alors avec un intérieur entièrement mélangé, dont le mouvement anticyclonique décroît lentement au cours du temps, tout en préservant sa forme auto-similaire. Ce comportement peut être décrit analytiquement par un système simplifié d'équations basé sur un équilibre cyclogéostrophique, où la source d'énergie maintenant le vortex en dépit des frottements visqueux est l'anomalie de densité avec l'extérieur. Les prédictions théoriques, validées expérimentalement, sont en excellent accord avec les mesures publiées pour Jupiter.

Monday, June 27th, 11AM:
Déformations d’interfaces liquides et écoulements induits par la pression de radiation acoustique et électromagnétique

Régis Wunenburger (CPMOH, Bordeaux)

Une onde, qu’elle soit électromagnétique ou acoustique, exerce une contrainte sur les interfaces qu’elle rencontre, communément appelée pression de radiation. Si ces interfaces séparent deux fluides, elles sont déformées par les ondes lorsque celles-ci sont de forte puissance. Selon la nature des fluides et les conditions expérimentales, une grande variété de déformations d’interfaces est alors observée : ponts liquides, aiguilles émettant des gouttes, déformations en forme de doigt, de "tétine"… Ces déformations résultent de couplages non-linéaires entre leur forme et la propagation de l’onde. Dans un premier temps, je présenterai les pressions de radiation acoustique et électromagnétique en montrant pourquoi, malgré leurs origines radicalement différentes, leurs effets hydrodynamiques sont si similaires. Puis je présenterai quelques unes des déformations d'interfaces observées en expliquant les mécanismes physiques à l'origine de leur obtention et des écoulements associés, qui conjuguent hydrodynamique diphasique et physique des ondes.

Monday, June 20th, 11AM:
Echantillonnage compressif de champs acoustiques

Laurent Daudet (Institut Langevin, Paris)

Le sous-titre de cet exposé pourrait être "Quand on sait ce qu'on cherche, on trouve plus facilement"... On s'intéresse ici au problème de la mesure d'un champ variant dans l'espace et/ou le temps. Dans certains cas pratiques, si l'on veut respecter le critère de Nyquist pour l'échantillonnage classique "à la Shannon", le nombre de points d'échantillonnage (i.e. de mesures) à effectuer et à stocker peut rapidement devenir énorme, voire infaisable en pratique. Or, il a été montré récemment que l'échantillonnage régulier est très pessimiste : dans la mesure où les signaux ont une certaine structure (et la très grande majorité des signaux naturels qui nous intéressent ont une telle structure, de façon assez générique), il est possible de réduire le nombre d'échantillons à acquérir, parfois très significativement en-dessous de Shannon-Nyquist, tout en garantissant la reconstruction quasi-parfaite du champ. Cette théorie, appelée échantillonnage compressif ("compressed sensing"), a fait des progrès théoriques et algorithmiques spectaculaires ces dernières années. En particulier, une façon efficace d'exploiter ce principe est via un échantillonnage aléatoire, qui permet de répartir équitablement l'information portée par chacun des échantillons. Le travail présenté ici se propose d'appliquer l'échantillonnage compressif pour l'acquisition de champs acoustiques, où la structure découle naturellement de l'équation des ondes. Les principes généraux seront illustrés par 2 cas concrets : l'holographie acoustique en champ proche pour la mesure de vibrations de plaques minces, et l'acquisition volumique de réponses impulsionnelles pour l'acoustique des salles.

Monday, June 6th, 11AM - Attention ! en amphi Schrödinger :
Electronique des fermions de Dirac dans le graphène, rêve où réalité ?

Bernard Plaçais (LPA, ENS Paris)

Le graphène a été mis à l'honneur par le prix Nobel de physique 2010. Ce cristal de carbone d'épaisseur atomique apparenté au graphite cache un gaz d'électrons bidimensionnel tout à fait exceptionnel. En effet, ces électrons ont une masse effective nulle, se déplacent toujours à la même vitesse et sont dotés d'une chiralité intrinsèque, imitant des particules « ultra-relativistes » comme les photons ou les neutrinos. Le graphène est aussi le premier cristal strictement bidimensionnel à être étudié, ouvrant la voie à une nouvelle famille de matériaux.
Au niveau des applications, une des directions prometteuses semble être la miniaturisation de composants électroniques comme le transistor qui profite de la très haute mobilité électronique des électrons et des trous. On explore aujourd'hui le régime balistique qui ouvre la voie à une électronique nouvelle basée sur l'optique des Fermions de Dirac.

Monday, May 30th, 11AM:
Locomotion de C. elegans et environnement mécanique

Jean-Marc Di Meglio (MSC, Paris)

C. elegans est un des organismes modèles des biologistes. Premier être multicellulaire dont le génome a été séquencé, ce ver cylindrique d'environ un millimètre de long rampe en ondulant sur des substrats humides et nage dans les liquides. Nous montrerons comment l'environnement mécanique du ver (friction, confinement) modifie son allure pour aborder le difficile problème de la régulation de sa locomotion : perception, proprioception ou simple adaptation mécanique passive ?

Monday, May 23rd, 11AM:
Fluctuations de densité dans les gaz de Bose unidimensionnels

Isabelle Bouchoule (Institut d'optique, Palaiseau)

Les gaz d'atomes ultra-froids sont des systèmes très bien adaptés à l'étude des phénomènes quantiques collectifs, habituellement rencontrés dans la physique du solide. Grâce au grand degré de contrôle des paramètres décrivant le système, les expériences d'atomes froids permettent de réaliser de véritables simulateurs quantiques de différents modèles théoriques de la physique à N-corps. En particulier, les gaz d'atomes froids peuvent être utilisés pour sonder la physique des gaz quantiques en dimension réduite, dont le comportement peut être radicalement différent de celui d'un gaz à trois dimensions. Dans notre expérience, en confinant fortement des atomes de Rubidium dans les directions transverses grâce à des micro-pièges magnétiques de grande raideur, nous réalisons des gaz de Bosons unidimensionnels. Nous avons mesuré dans ces gaz les fluctuations de densité, en analysant le bruit sur des images du nuage atomique. Ceci nous a permis d'étudier en détail le phénomène de quasi-condensation qui a lieu dans le régime d'interaction faible. Nous avons aussi observé un comportement proche de celui d'un gaz de Fermion lorsque le gaz entre dans le régime d'interaction fortes, pour lequel on attend une fermionisation du gaz de Bosons.

Monday, May 16th, 11AM:
Superstatistics approach to Special and Doubly Special Relativity

Petr Jizba (CTU, Prague)

Probability distributions which can be obtained from superpositions of Gaussian distributions of different variances "v" play a favored role in quantum theory, financial markets or biological systems. This smearing procedure is often referred to as "superstatistics" [1]. Superpositions thus obtained need not necessarily obey the Chapman-Kolmogorov semigroup relation for Markovian processes because smearing distributions may (and invariably do) introduce memory effects. We follow Ref. [2] and derive the general form of the smearing distributions for "v" which do not destroy the semigroup property. Aforementioned smearing technique can be conveniently implemented, e.g., in the path integral calculus or multiple stochastic processes. In many cases, the superposition of path integrals can be evaluated much easier than the initial path integral (see, e.g., Ref.[2]). For instance, superstatistics permits the calculation of the Feynman propagator of a relativistic particle in a novel way from a superstatistical average over non-relativistic single-particle paths (for details see [3]). I will illustrate this for the Klein-Gordon and Dirac particles. As a byproduct I will recover Feynman chessboard path integral. I will also present the modifications necessary to accommodate in our scheme the doubly special relativistic dynamics. In this way, an unsuspected, common statistical origin of the two frameworks is brought to light.
References:
[1] C.Beck, Phys. Rev. Lett. 87, 180601 (2001).
[2] P.Jizba and H.Kleinert, Phys. Rev. E 78, 031122 (2008).
[3] P.Jizba and H.Kleinert, Phys. Rev. D 82, 085016 (2010).

Monday, May 9th, 11AM:
Particules lourdes dans des écoulements turbulents : intermittence, caustiques, sédimentation et collisions élastiques collantes

Jérémie Bec (Laboratoire Cassiopée, Nice)

Un grand nombre de situations naturelles et industrielles impliquent le transport de petites particules dont la taille et la différence de masse avec le fluide ne peuvent pas être négligées. Les gouttelettes, la poussière ou les autres types d'impuretés lourdes en suspension dans un écoulement turbulent ont généralement de l'inertie. Elle ne suivent donc pas exactement le fluide mais ont tendance à être éjectées des structures tourbillonnaires pour se concentrer dans les régions d'étirement. Ce phénomène conduit à l'apparition de très fortes inhomogénéités dans la distribution spatiale des particules. Je donnerai un aperçu de la façon dont ces concentrations préférentielles modifient les propriétés statistiques des particules. Je me concentrerai notamment sur les propriétés de dispersion, les vitesses de sédimentation, les taux de collisions entre particules. Je montrerai finalement comment la dynamique dissipative des particules est responsable de leur effondrement au cours de collisions purement élastiques et conduit à l'apparition soudaine d'agrégats dont les propriétés sont assez différentes de celles observées pour les milieux granulaires inélastiques.

Monday, April 18th, 11AM:
The thermal Casimir effect for classical fields - some out of equilibrium aspects

David Dean (LPT, Toulouse)

I will give a resume of general fluctuation induced interactions ranging from the quantum Casimir effect, fluctuation induced interactions in soft matter systems and some examples of nonthermal driven systems. The equilibrium Casimir effect in thermally driven classical fields occurs in many physical systems, ranging from the interaction between proteins in fluctuating biological membranes through to interactions between colloids in binary mixtures. The equilibrium forces in these systems can be computed using standard methods of statistical physics but less is known about these forces out-off equilibrium or in non-equilibrium systems. I will discuss some recent results on the convergence of the Casimir force to its equilibrium value for systems with dissipative stochastic dynamics. I will also discuss drag effects on inclusions moving through such fluctuating systems.

Monday, April 11th, 11AM:
Single molecule mechanical sequencing of DNA

David Bensimon (LPS, ENS Paris)

Single DNA hairpins can be unzipped and rezipped by modulating the force on the extremities of the two strands. The sequencing of a single hairpin can be achieved by detecting blockages during rezipping. These blockages could be due to hybridization with complementary oligonucleotides in solution, to partial replication of one of the strands (the Sanger method) or to ligation of a complementary oligonucleotide to a growing primer. Using magnets to pull on many beads anchored to the surface by single DNA hairpin, a high throughput, long read, low error, DNA sequencing platform is achievable which does not require the use of fluorescently labeled nucleotides.

Monday, April 4th, 11AM:
Impact on soft sand

Sylvain Joubaud (LP, ENS Lyon)

Fluidizing is a method of letting air bubble through sand to obtain a very loose packing, down to 41 % volume packing. If a solid object is now impacted on this fluidized sand a cavity (void) is created as the object penetrates the sand. This void subsequently collapses due to the hydrostatic pressure, causing a jet of sand to shoot upwards into the air and downwards into the void. At the end a "granular eruption" occurs under certain conditions as air enclosed by the void collapse rises up to the surface and is released.
Air is known to play a crucial role during the impact. This can be tracked back to a significant increase of the drag the object experiences inside the sand at low ambient pressures, but what remains unclear is the mechanism by which the drag increases. To shed light upon this mechanism we record the pressure changes during impact both above and below the bed. From this, with the help of Darcy's law, the magnitude of the air flows inside the sand which are caused by the impacting sphere is deduced and these are related to the observed drag increase.
The effect that boundaries have on the granular jet formation will be also presented. This is done by (i) decreasing the depth of the sand bed and (ii) reducing the container diameter to only a few ball diameters. These confinements change the behavior of the ball inside the bed, the void collapse, and the resulting jet height and shape. The parameter space of impact is mapped with Froude number, ambient pressure, and container dimensions.

Monday, March 28th, 11AM:
Dynamique de fissure dans les matériaux désordonnés fragiles

Daniel Bonamy (CEA Saclay)

La propagation des fissures est le mécanisme fondamental responsable de la rupture des structures. D’énormes progrès ont été accomplis ces dernières décennies dans ce contexte. Il existe en particulier un cadre théorique cohérent et performant, la Mécanique Linéaire Elastique de la Rupture (MLER) qui permet de décrire précisément la propagation des fissures dans les matériaux fragiles homogènes. Le cas des matériaux hétérogènes en revanche continue de poser problème: (i) Contrairement à ce qui est prédit, la croissance lente d’une fissure y apparaît très intermittente, avec des sauts brutaux, comme en témoigne par exemple l’émission acoustique accompagnant la rupture de matériaux divers tels le papier, les verres ou les roches par exemple, et - à une autre échelle - l’activité sismique associée aux tremblements de terre; (ii) la vitesse limite prédite théoriquement est égal à la vitesse de Rayleigh, ce qui est significativement plus élevée, d’environ 40%, que les valeurs reportées expérimentalement.
Nous verrons dans cette présentation comment dériver une description stochastique de la croissance lente, stable, d’une fissure dans un matériau élastique désordonné. Cette description permet de reproduire les dynamiques intermittentes classiquement observées. Ses prédictions sont ensuite comparées à des observations expérimentales menées à l’université d’Oslo sur la propagation d’une fissure dans un bloc de Plexiglas transparent. Nous présenterons ensuite des expériences récentes sur la rupture dynamique (quelques centaines de mètre par seconde) des matériaux vitreux. Ces expériences mettent en évidence l’existence d’une vitesse critique à partir de laquelle la propagation de la fissure s’accompagne d’endommagement macroscopique, sous forme des microfissures nucléant en avant du front de fissures. Nous verrons comment cet endommagement dynamique fixe la vitesse limite de fissuration en rupture dynamique.

Monday, March 21st, 11AM:
Aperçu de la physique au LHC : des premiers pas aux premiers résultats

Marie-Noëlle Minard (LAPP, Annecy)

Durant 2010, le LHC constamment en évolution, a délivré aux quatre expériences près de 100 jours de collisions proton proton à 7Tev. Le séminaire tentera de répondre au pourquoi et comment d'un tel collisionneur. Les prises de données 2010 seront présentées, les moyens mis en oeuvre dans les analyses évoqués, avant de situer quelques uns des récents résultats.

Monday, March 14th, 11AM:
Modes piégés à la surface d'un liquide

Pablo Cobelli (PMMH, ESPCI, Paris)

Le fluide autour d'un cylindre vertical rigide dans un canal ouvert peut présenter une oscillation locale qui ne se propage pas dans le canal, mais qui est limitée au voisinage de l'obstacle. C'est là une manifestation des modes piégés, états liés dans le continuum se produisant dans de nombreuses situations en physique.
Dans ce séminaire nous allons montrer des résultats expérimentaux pour ces modes piégés obtenus à partir des mesures résolues en temps et en espace de la déformation de la surface du liquide par une méthode de profilométrie optique par transformée de Fourier.
Ce travail fournit la première caractérisation expérimentale complète des modes piégés dans l'espace des fréquences ainsi qu'une analyse détaillée de leur structure spatiale.

Monday, February 21st, 11AM:
Aspects microscopiques des dynamiques vitreuses : des milieux granulaires aux liquides moléculaires

Olivier Dauchot (CEA Saclay)

Les liquides, lorsqu'on abaisse leur température de telle sorte que leur cristallisation soit évitée, présentent un ralentissement spectaculaire de leur dynamique, qui se traduit par un accroissement violent de leur viscosité, à l'approche de ce qu'on appelle la transition vitreuse.
Les milieux granulaires et les colloïdes présentent des comportements vitreux macroscopiques étonnamment similaires lorsqu'on augmente leur densité.
Malgré des différences d'échelles très importantes et par conséquent des dynamiques microscopiques d'origine très différentes, thermique pour les uns, mécaniques pour les autres, on peut se demander si les similarités observées à grande échelle trouvent leurs origines dans des mécanismes microscopiques identiques.
Au cours de ce séminaire, je présenterai des résultats expérimentaux obtenus sur les milieux granulaires et des résultats numériques obtenus sur des liquides modèles. Ceux-ci démontrent l'existence de mécanismes microscopiques communs responsables du ralentissement de la dynamique au voisinage de la transition vitreuse.

Monday, February 14th, 2PM (attention au changement d'heure):
Memory erasure in small systems

Eric Lutz (University of Augsburg, Germany)

The aim of the talk is to provide an elementary introduction of the physics of information erasure, its connection to the laws of thermodynamics and its interplay with thermal fluctuations. We present the Landauer erasure principle and highlight its crucial role in the resolution of Maxwell's demon paradox. We further emphasize the necessity to generalize the second law to small systems and discuss its consequences for single particle experiments and information erasure in nanomemories.

Monday, February 7th, 11AM:
Convection dans les fluides complexes et dynamique des planètes telluriques
(Attention, en salle 117)

Anne Davaille (FAST, Paris)

L'évolution de la Terre et de son refroidissement depuis son accrétion jusqu'à nos jours reste une des questions fondamentales des Sciences de l'univers. Comprendre l'histoire de notre planète, et ses différences par rapport aux autres planètes, est une étape-clef pour comprendre l'origine et la préservation de la vie. Le refroidissement séculaire d'une planète, de même que les phénomènes de surface tels que tectonique des plaques, volcans et tremblements de terre, sont principalement contrôlés par l'existence et la géométrie des mouvements convectifs à l'intérieur de son manteau solide (sur Terre, les 3000 kms de roche solide sous nos pieds). La morphologie et les caractéristiques de la convection dépendent fortement des propriétés physiques du manteau et de l'existence d'hétérogénéités de densité.
Nous avons étudié à l'aide d'expériences de laboratoire les caractéristiques de la convection thermique dans les fluides visqueux de rhéologie complexe (dépendant fortement de la température, avec contrainte seuil, fragile) et pouvant présenter des hétérogénéités compositionnelles. L'interaction de ces dernières avec la convection produit toute une zoologie d'instabilités, en fonction de l'amplitude des contrastes de densité. Elles pourraient donc expliquer la diversité du volcanisme observé sur Terre. Par contre c'est le caractère complexe de la rhéologie qui est essentiel pour produire la Tectonique des Plaques. La dynamique des planètes a donc beaucoup à apprendre de la physique de la « matière molle ».

Monday, January 31st, 11AM:
Identification passive d'un milieu élastique avec dissipation visqueuse; application à un problème de diagnostic par auto-localisation de capteurs

Olivier Michel (Gipsa-Lab, Grenoble)

On s'intéresse au problème d'identification passive de paramètres physiques d'un milieu 3D à partir de signaux sismiques : seul le bruit sismique ambiant est exploité. Les éléments de bases concernant les fonctions de Green seront brièvement réintroduits, avant d'être étendus à la notion de corrélation de Green. Nous établissons la relation formelle entre la corrélation de Green et la fonction d'inter-corrélation des signaux mesurés sur des paires de capteurs, dans le cas d'un milieu de propagation 3D homogène, en présence de dissipation visqueuse. Nous présenterons enfin une application en cours de développement pour le diagnostic, basée sur un algorithme d'auto-localisation de capteurs à partir de matrices de distances creuses (non complètes).

Monday, January 24th, 11AM:
From ultracold Fermi Gases to Neutron Stars

Christophe Salomon (LKB, ENS Paris)

Ultracold dilute atomic gases can be considered as model systems to address some pending problem in Many-Body physics that occur in condensed matter systems, nuclear physics, and astrophysics. This point will be illustrated for the case of attractive spin 1/2 fermions with tunable interaction.
We will show that the gas properties can continuously change from those of weakly interacting Cooper pairs described by Bardeen-Cooper-Schrieffer theory to those of strongly bound molecules undergoing Bose-Einstein condensation. We have developed a general method to probe with high precision the thermodynamics of locally homogeneous ultracold gases [1,2]. This allows stringent tests of recent many-body theories. First, we focus on the finite-temperature Equation of State (EoS) of the unpolarized unitary gas. Surprisingly, the low-temperature properties of the strongly interacting normal phase are well described by Fermi liquid theory and we localize the superfluid phase transition. A detailed comparison with theories including Monte-Carlo calculations has revealed some surprises and the Lee-Huang-Yang corrections for low-density bosonic and fermionic superfluids are directly measured for the first time. Despite orders of magnitude difference in density and temperature, our equation of state can be used to describe low density neutron matter such as the outer shell of neutron stars.
[1] S. Nascimbène, N. Navon, K. Jiang, F. Chevy, and C. Salomon, Nature 463, 1057 (2010)
[2] N. Navon, S. Nascimbène, F. Chevy, and C. Salomon, Science 328, 729 (2010)

Monday, January 17th, 11AM:
Quantum glasses: frustration and collective behavior at zero temperature

Markus Müller (ICTP, Trieste, Italy)

Glasses are strongly interacting and disordered systems, which develop rather unusual amorphous order at low temperatures. The phase transition into the glass state is marked by the loss of ergodicity, i.e., the localization in phase space due to the emergence of high energy barriers. A similar localization phenomenon occurs in strongly disordered quantum systems. There, however, it is rather due to quantum interference and Anderson localization. I will review the unusual nature of glass phases and present new analytical results on quantum glasses. The latter elucidate the interplay of these entirely different causes of non-ergodicity, and offer an interesting perspective on fundamental questions in quantum statistical physics. The competition of glassy ordering and superfluidity of disordered bosons, and the possibility of amorphous supersolids will be discussed, as well.

Monday, January 10th, 11AM:
Manipulation et autopropulsion de colloïdes par forces osmotiques.

Cécile Cottin-Bizonne (LPMCN, Lyon)

Nous nous intéressons à un phénomène de transport interfacial, la diffusiophorèse, où le mouvement d'une particule ou d'une macromolécule est induit par un gradient de concentration en soluté. Ce phénomène, encore assez peu étudié, résulte d'une pression osmotique non équilibrée dans une fine couche diffuse (de 1 à 100 nm) à la surface de la particule. Nos expériences montrent que la diffusiophorèse est un moyen particulièrement efficace pour manipuler des colloïdes, former des structures ou bien encore engendrer l'autopropulsion de particules. Après une caractérisation de la dynamique individuelle de tels micronageurs, nous nous sommes intéressés aux propriétés statistiques de la sédimentation d'une suspension active de ces particules auto-propulsées dans une expérience de type Jean Perrin.

Monday, December 13th, 11AM:
Splines, fractals and sparse signal recovery

Michael Unser (Biomedical Imaging Group, EPFL)

In this talk, we show that splines and fractal processes are governed by common invariance principles and exploit the connection for signal processing. The fundamental observation is that both types of objects are solutions of fractional differential equations. Functionally, this translates into the property that fractional Brownian motion (fBm) can be generated by fractional integration of white Gaussian noise. By substituting the Gaussian driving term by impulsive noise, we construct some piecewise-smooth counterparts of fBms, in dimensions greater or equal to one. While these new processes have the same (1/f) spectral signature as fBms, they are fundamentally distinct in that they are non-gaussian and they admit a sparse wavelet decomposition. The latter is a property that is central to recent development in signal processing, including compressed sensing. We then present wavelet-based algorithms for sparse signal recovery and illustrate the relevance of the scheme for 3D fluorescence deconvolution microscopy and magnetic resonance imaging.

Monday, December 6th, 11AM:
Réponse cellulaire à la rigidité : un peu de physique expérimentale

Atef Asnacios (MSC, Paris)

Les cellules vivantes sont sensibles aux propriétés mécaniques de leur environnement. Il a notamment été démontré que la rigidité de la matrice extracellulaire pouvait influencer l'étalement, la migration et même la différenciation des cellules souches. Ces propriétés remarquables ont été attribuées jusqu'ici à une réponse spécifique des complexes adhésifs qui relient mécaniquement intérieur et extérieur de la cellule, et constituent donc la voie de transmission des forces. L'idée est que, sur substrat mou, la contractilité cellulaire se traduit essentiellement par une grande déformation du substrat, de faibles forces générées et de faibles déformations des adhésions. En revanche, sur substrat rigide faiblement déformable, les forces générées par la cellule induisent des déformations importantes de certaines protéines des complexes adhésives. Ces protéines, en se déformant, révèleraient des sites de phosphorylation et induiraient ainsi des cascades chimiques de régulation.
La réponse à la rigidité telle que décrite précédemment pose cependant un certain nombre de questions. Par exemple, la réponse déclenchée par la déformation des contacts adhésifs est par définition locale et nécessite donc d'être coordonnée à l'échelle globale de la cellule pour permettre des processus organisés comme la migration orientée. Or, il n'existe aucun modèle pour cela. Pour répondre à ces interrogations, nous avons mis au point un dispositif nous permettant de caractériser mécaniquement la contractilité à l'échelle d'une cellule vivante isolée (force générée, puissance mécanique fournie...). Les résultats obtenus ont révélés un nouvel aspect de la mécano-sensibilité cellulaire, en montrant l'existence d'une réponse mécanique instantanée à l'échelle de la cellule, bien trop rapide pour les cascades chimiques invoquées jusque là. Nous présenterons les résultats expérimentaux ainsi que les mécanismes physiques possibles (tension de membrane, adaptation d'impédance) qui pourraient être à l'origine de la réponse cellulaire à la rigidité.

Monday, November 29th, 11AM:
Fracture fragile: échelles de longueur et interactions

Frederic Lechenault (CEA Saclay / LCVN Montpellier)

Apres avoir rappelé quelques aspects clés de la fracture fragile, nous nous intéresserons à deux questions ouvertes associées à ce phénomène. La première est celle de l’existence d’une échelle en deça de laquelle cette notion échoue lors de la fracture en corrosion sous contrainte de la silice. En d’autres termes, existe-t-il une zone d’endommagement au voisinage de la pointe de fissure dans ce processus et si oui quelle est sa taille ? Nous verrons que la microscopie à force atomique ne permet pas de répondre a cette question de manière claire. Nous présenterons cependant des résultats préliminaires concernant la présence et le rôle de l’eau dans ce phénomène. La deuxième question que nous aborderons est celle de la nature des interactions qui donnent naissance à un motif, très répandu dans la nature, correspondant à la rencontre de deux fissures se propageant l’une vers l’autre. Nous présenterons une caractérisation expérimentale de ces interactions, puis nous introduirons un modèle géométrique très simple qui nous permet de reproduire quantitativement nos observations.

Monday, November 22th, 11AM:
Aspiration et étalement de gouttes "vivantes"

Françoise Brochard (PCC, Institut Curie, Paris)

La morphogenèse embryonique, la cicatrisation des plaies, la croissance et la prolifération des tumeurs cancéreuses sont des exemples pour lesquels les propriétés mécaniques jouent un rôle important dans le fonctionnement du tissu. Il a été suggéré que certains tissus embryoniques se comportent comme des liquides ultravisqueux, alors que leur organisation ressemble à celle des mousses.
Nous allons décrire l’aspiration d'agrégats multicellulaires sphéroïdes, plus ou moins cohésifs, dans des micropipettes. Nous avons mis en évidence deux régimes de pénétration au dessus d'une pression critique, montrant que ces gouttes ont un comportement élastique aux temps courts, et visqueux aux temps longs, conduisant à une mesure du module élastique et de la viscosité du tissu. On a mis en évidence une augmentation de la tension superficielle aux grandes pressions d’aspiration suggérant une réponse active des cellules.
D’autre part, nous avons étudié l’étalement des gouttes de cellules déposées sur des substrats décorés de fibronectine. En fonction de l’adhésion intercellulaire Wcc et substrat/cellule Wcs, on a mis en évidence une transition de mouillage partiel à totale, où un film précurseur constitué d'une monocouche de cellules s'étale autour de l'agrégat. En faisant varier Wcc, on observe une transition liquide/gaz, où les cellules s’échappent de l'agrégat. La progression d’une tumeur non invasive en métastase maligne appelée transition épithélium – mésenchyme peut-être vue comme une transition de mouillage. La dynamique du mouillage observée est bien décrite par un modèle basé sur la viscoélasticité du tissu.

Monday, November 15th, 11AM:
Universal fluctuation-induced forces: the critical Casimir effect

Andrea Gambassi (SISSA, Italy)

In 1948, Hendrik Casimir predicted that two uncharged conducting surfaces in vacuum attract each other due to the quantum fluctuations of the electromagnetic field which are spatially confined by these surfaces. The classical analogue of this so-called Casimir effect originates from the confinement of thermal fluctuations in fluids near continuous phase transitions, such as the demixing of a mixture of two liquids or the normal-superfluid transition in 4He. Early indirect experimental evidence of this critical Casimir effect were provided by detailed studies of complete wetting films.
Thirty years after its first theoretical investigation by Michael Fisher and Pierre-Gilles de Gennes in 1978, the critical Casimir force has now been measured directly at the sub-micrometer scale by monitoring the Brownian motion of a colloidal particle close to a surface, both immersed in a near-critical liquid mixture.
I will present recent advances in the theoretical and experimental study of the universal properties of this novel fluctuation-induced force, discussing possible relevant applications for manipulating soft matter systems.

Monday, November 8th, 11AM:
Statistical mechanics of two dimensional and geophysical turbulent flows and the arrow of time

Freddy Bouchet (LP, ENS Lyon)

In many applications of hydrodynamics, one of the most important problem is the prediction of the statistics of the large-scale flow dynamics. Often, the highly turbulent nature of such flows, for instance ocean circulation or atmosphere, renders a probabilistic description desirable. We describe theoretical progresses in order to use statistical mechanics ideas for these problems and some applications to real geophysical flows.
We explain why equilibrium statistical mechanics is usually thought to be irrelevant for turbulent flows (the Rayleigh-Jeans paradox). But we also recall classical arguments explaining why this may be different in classes of systems involving more invariants. This is for instance the case for two-dimensional (2D-Euler equations) and geophysical flows (quasi-geostrophic models). We will briefly review the classical Onsager work, the Robert--Sommeria--Miller theory and some of their most recent developments.
A first aim of the talk is to discuss the range of applicability of this equilibrium theory to ocean dynamics. This range is probably limited due the inertial assumption underlying this equilibrium approach. Still we will show that the theory is able to reproduce in much details localized structures like westward mid-basin jets (Gulf Stream, Kuroshio) and ocean vortices (rings).
The second aim of this talk is to describe kinetic or dynamical approaches to non-equilibrium situations. The 2D Euler equations is a reversible Hamiltonian system. Still the evolution of the largest scales of the flow is irreversible. We first give recent precise results for the large time decay of the velocity field, for initial conditions close to parallel or circular flows, and a prediction of the final state of the large scale flow based only on dynamical considerations. We also explain the analogies and differences of this reversibility-irreversibility paradox with the arrow of time paradox classically discussed by Boltzmann and his followers. We also discuss briefly analogies with the non-linear Landau damping recently studied by Mouhot and Villani.
An important (and justified) criticism of the equilibrium theory is its inability to take into account forces and dissipation, which play an essential role in many problems. Based on the results for the irreversible relaxation of the 2D Euler equations, we present a theory for the 2D-Navier-Stokes equations with random forces, in a non-equilibrium steady state where forces balance dissipation on average. We describe non-equilibrium phase transitions.

Monday, October 18th, 11AM:
Impacts de gouttes par profilom�trie rapide (en salle des th�ses)

Guillaume Lagubeau (PMMH, ESPCI, Paris)

On �tudie l'impact de gouttes d'eau sur une surface solide ou un mince film liquide en utilisant une technique de profilom�trie rapide (Fourier Transform Profilometry). Dans le cas de l'impact sur un liquide, on met ainsi en �vidence pour la premi�re fois une instabilit� azimutale du bourelet provoqu�e par un m�canisme similaire � l'instabilit� de Rayleigh-Plateau d'un cylindre liquide. L'�tude de cette instabilit� est r�alis�e, dans l'approximation des films minces, � partir d'une solution autosimilaire axisymetrique de la d�formation de l'interface liquide dans les premi�res millisecondes apr�s l'impact.

Monday, October 11th, 11AM:
Inverse cascade and condensate (en Amphi H)

Gregory Falkovich (Weizmann, Israel)

We expect from turbulence fragmentation, mixing and loss of coherence. An inverse cascade, however, proceeds from small to large scales and brings some self-organization and eventually appearance of a coherent system-size condensate. I shall briefly review what we know (little from theory and a lot from experiments) about turbulence-condensate interaction. The main focus will be on 2d fluid turbulence where the condensate is a vortex, but brief comparison with a Bose-Einstein will be given. Applications to atmospheric phenomena will be briefly discussed.

Monday, October 4th, 11AM:
On peut entendre le spectre de Kolmogorov ! (en salle des thèses)

Nicolas Mordant (LPS, ENS Paris)

Ce titre est inspiré de celui de l'article "Can one hear the Kolmogorov spectrum ?" (Düring et al., PRL 2006) qui décrit l'application de la théorie de la turbulence faible au cas d'ondes élastiques sur une plaque mince. L'hypothèse de faible non linéarité des ondes permet de développer une théorie statistique analytique. Cette théorie s'applique potentiellement à une vaste palette de systèmes d'ondes tels que les vagues océaniques, les vents solaires (ondes d'Alfven), la turbulence superfluide (ondes de Kelvin) ou l'optique non linéaire. L'expérience, réalisée au LPS sur une tôle d'acier de 2m par 1m, permet effectivement d'entendre le spectre de Kolmogorov de la cascade d'énergie! Néanmoins les mesures acoustiques sont effectuées en champ proche et donc assez difficiles à exploiter. Par contre, en utilisant une méthode de profilométrie 2D à haute vitesse, il est possible de mesurer le champ de déplacement de la plaque sur une grande surface et d'en faire une étude statistique spatio-temporelle. Ce système est d'ailleurs celui qui permet les mesures les plus approfondies parmi les expériences dédiées à la turbulence d'onde. On observe que le spectre de puissance de la déformation présente effectivement un caractère turbulent mais ne vérifie pas les propriétés de loi d'échelle attendues. La théorie de turbulence faible repose en particulier sur les hypothèses suivantes: (i) séparation d'échelle (ii) système de grande taille (iii) faible non linéarité. Nous verrons dans quelle mesure ces hypothèses sont vérifiées ou non dans ce système. (i) par des mesures de turbulence en déclin il est possible de mesurer les échelles de temps dissipatives; une analyse en ondelettes met en évidence la dynamique des paquets d'onde et donne accès à l'échelle de temps non linéaire. (ii) des effets de taille finie sont mis en évidence. (iii) l'existence d'une relation de dispersion et ses propriétés montrent un accord qualitatif avec la théorie. Nous discuterons dans quelle mesure ces observations expliquent le désaccord entre l'expérience et la théorie.

Monday, September 27th, 11AM:
Coherence, interference and many-body dynamics in integer quantum Hall edge states

John T. Chalker (Physics Department, Oxford University)

One of the remarkable features of two-dimensional electron systems in the quantum Hall regime is that their only mobile excitations at low energy are confined to the edges of the sample. These quantum Hall edge states turn out to be ideal electron waveguides, and their properties have been investigated in a series of experiments of increasing sophistication over the past two decades. In particular, recent experiments probe coherence and many-body dynamics far from thermal equilibrium. I will review some of these experiments and describe the theoretical ideas which have been developed to understand them.

Monday, September 20th, 11AM:
Atmospheric boundary layer studies of subgrid-scale physics over the Plaine Morte Glacier

Marc Parlange (EPFL, Lausanne)

A field experiment – the Snow Horizontal Array Turbulence Study (SnoHATS) – has been performed over an extensive glacier in Switzerland in order to study small scale turbulence in the stable atmospheric surface layer, and to investigate the role, dynamics, and modelling of the subgrid scales in the context of large-eddy simulations. The a–priori data analysis aims at comparing the role and behaviour of the subgrid scales under stable conditions with previous studies under neutral or unstable conditions. It is found that the subgrid scales in a stable surface layer remain an important sink of temperature variance and turbulent kinetic energy from the resolved scales and carry a significant portion of the fluxes when the filter scale is larger than the distance to the wall. The fraction of SGS fluxes (out of the total fluxes) is found to be independent of stability. In addition, the stress-strain alignment is similar to the alignment under neutral and unstable conditions. The model coefficients vary considerably with stability but in a manner consistent with previous findings, which also showed that scale-dependent dynamic models can capture this variation. Furthermore, the variation of the coefficients for both momentum and heat subgrid-scale fluxes can be shown to be better explained by stability parameters based on vertical gradients, rather than vertical fluxes. These findings suggest that small-scale turbulence dynamics and subgrid-scale modelling under stable conditions shares many important properties with neutral and convective conditions, and that a unified approach is thus possible. The paper concludes with a discussion of some other challenges for stable boundary-layer simulations that are not encountered in the neutral or unstable cases.

Monday, September 13th, 11AM:
From Liquid Metal to Plasma Dynamos

Cary Forest (U. Wisconsin, USA)

Many astrophysical objects, like the Sun, are composed of high magnetic Reynolds number, turbulent, flowing plasma in which the flow energy is much larger than that of magnetic field. Creating such conditions in laboratory plasma experiments is challenging since confinement is usually required to keep the plasma hot (and conducting) which is typically achieved by using strong applied magnetic fields. For this reason, laboratory experiments using liquid metals have been addressing fundamental plasma processes in this unique parameter regime.  This talk will begin by reviewing self-generation of a magnetic field of energy comparable to the turbulent flow from which it arises--the dynamo process. Liquid metal experiments have (1) demonstrated self-excitation of magnetic fields, (2) two scale dynamos where a small scale flow   drives a large scale magnetic field, (3) intermittent self-excitation and a variety of time dynamics including field reversals, and (4) showed the existence of a turbulent electromotive force (mean-field current generation).  Liquid metals are, however, not plasmas: dynamos may differ in plasmas where the relative importance of viscosity and resistivity can be interchanged, and new instability mechanisms, outside the scope of incompressible MHD may be critical in plasmas. This suggests that the next generation of experiments in this important astrophysics regime should be based upon plasmas.  The Madison Plasma Dynamo experiment (now under construction) will then be described with an overview of the concept and show how the dynamos might operate in this plasma. Modeling of several experimental scenarios that mimic solar processes will also be described, including experiments on rotating, compressible convection driven by magnetic buoyancy.

Monday, July 5th, 11AM:
Complex depletion forces: from competing interactions to the critical Casimir effect

Roberto Piazza (Politecnico di Milano, Italy)

The investigation of the equilibrium properties of dispersions of particles in the colloidal size range is a powerful tool to test basic theoretical models in statistical mechanics and condensed matter physics. Because the effective interaction potential between colloidal particles can be tuned by varying the solvent properties, colloids can indeed be prepared as model systems, which display the same structural properties of an assemblage of "big atoms" interacting via simple, well-defined forces. In particular, the study of very short-ranged attractive forces induced by macromolecular or self-assembled additives ("depletion forces") has yielded valuable and often unforeseen insights on the contingency of the liquid state and on the origin of metastable gel or glassy phases.
Most experimental studies of the effects brought in a colloidal suspensions by the presence of depletion forces have so far been performed on systems where the depletion agent can be regarded as ideal or weakly interacting. Here, I shall conversely deal with situations where interactions or long-range spatial correlations are of primary importance in setting the phase behavior of the colloidal fluid. After reviewing our recent work [1, 2], where we exploited sedimentation measurements to extract accurate equations of state and to unravel fine details of the phase diagram, I shall mainly discuss two "paradigmatic" situations: Depletants self-interacting via strong electrostatic forces, where, in spite of the structural correlations induced by the repulsion, much stronger depletion effects are observed, together with subtle changes in the competition between crystallization and kinetic arrest [3]. "Critical" depletion, i.e. depletants that, although being almost ideal at room temperature, show a liquid-liquid phase separation with the solvent at higher T. Here depletion forces can be amplified by order of magnitudes by the presence of long-range spatial correlation, due the proximity of the critical demixing point. In particular, I shall show that depletion effects merge continuously into critical Casimir effects, displaying interesting scaling properties. Our results suggests an unified view of these two apparently unrelated phenomena [4]. Both these situations may be related to biological self-organization processes where depletion forces are believed to play a significant role, ranging from protein folding to DNA compaction, from actin bundling to biomembrane compartmentation.
References
[1] S. Buzzaccaro, R. Rusconi, and R. Piazza, Phys. Rev.Lett. 99, 098301 (2007)
[2] S. Buzzaccaro, A.Tripodi, R. Rusconi, D, Vigolo, and R. Piazza, J. Phys.: Cond. Matt. 20, 494219 (2008)
[3] S. Buzzaccaro, R. Piazza, J. Colombo, and A. Parola, Enhancement of depletion forces by electrostatic depletant repulsion, J. Chem. Phys. 132, 124902 (2010)
[4] S. Buzzaccaro, R. Piazza, J. Colombo, and A. Parola, Critical depletion, submitted to the International Scientific Lottery (better known as Science).

Monday, June 28th, 11AM:
Quelques problèmes en turbulence MHD, et comment s'en sortir (Attention, en salle 117 !!)

Annick Pouquet (NCAR, Boulder, USA)

Je commencerai cet exposé par une brève revue sélective de certaines des données observationnelles concernant la turbulence magnétohydrodynamique (MHD), principalement dans la photosphère solaire et le vent solaire.
J´evoquerai ensuite certains résultats exacts (peu nombreux) et ce qu'ils nous apprennent sur cette turbulence, ainsi que les différents modèles phénoménologiques que l'on peut construire pour la décrire.
Deux résultats, obtenus relativement récemment, pourraient mériter notre attention:
1. Il y a maintenant une confluence d'arguments (théoriques, observationnels et numériques) indiquant que l'universalité supposée de la turbulence est brisée en MHD même dans le cas le plus simple, incompressible et sans effet plasmas. Cet état de fait provient de la compétition entre ondes et turbulence et l'argument physique simple est similaire au cas de la turbulence en rotation en présence d'hélicité, bien que le précédant: c'est vraisemblablement le rapport des deux temps caractéristiques du problème (hormis la dissipation), le temps de retournement non-linéaire et la période des ondes.
2. Certaines des structures qui se développent dans ces écoulements, comme les nappes enroulées de vorticité et de courant, ont été souvent observées dans le vent solaire, en particulier en ce qui concerne les (quasi-) discontinuités rotationnelles.
Si le temps le permet, j'évoquerai ce que la modélisation permet de faire, motivée par la faible capacité des ordinateurs d'aujourd'hui quand on veut examiner numériquement les écoulements astro et géophysiques à grand nombre de Reynolds et à grand ou faible nombre de Prandtl magnétique, dans le premier cas dans le milieu interstellaire, dans le second cas dans la photosphère solaire ou les métaux liquides de laboratoire.

Monday, June 21st, 11AM:
Turbulence d'ondes

Eric Falcon (MSC, Paris 7)

La turbulence d'ondes concerne l'étude des propriétés dynamiques et statistiques d'un ensemble d'ondes en interaction non linéaire. Bien que présente dans des situations très variées (ondes à la surface de la mer, dans les plasmas astrophysiques, en matière condensée...), c'est un domaine encore peu étudié expérimentalement. Nous nous focaliserons sur la turbulence d'ondes à la surface d'un fluide et présenterons ses propriétés statistiques observées dans des expériences de laboratoire : spectre spatio-temporel et distribution de probabilité des vagues, fluctuations de puissance injectée, et intermittence. L'observation d'un nouveau régime de turbulence d'ondes magnétiques se propageant à la surface d'un fluide magnétique sera aussi discutée.

Monday, June 14th, 11AM:
Counter-ion condensation and Coulombic elasticity of biopolymers

Emmanuel Trizac (LPTMS, Orsay)

Onsager-Manning condensation is a manifestation of the long range character of the Coulombic potential in cylindrical geometry. This phenomenon is the cornerstone of our understanding of bio-polymers. Beyond a charge density threshold, counterions "condensate" onto the charged polymer. With salt (added electrolyte), which is the experimentally relevant situation, the phenomenon is more complex and has received little attention. We will show that recent mathematical advances allow to obtain analytical results in a large range of salt content. We will in particular discuss the implications of this work for the Coulombic elasticity of bio-polymers through their persistence length

Monday, June 7th, 11AM:
Advances and perspectives of quantum degenerate states of exciton-polaritons

Maxime Richard (Institut Néel, Grenoble)

xciton-polaritons are short lifetime bosonic particles that exist within adequately designed semiconductor nanostructures. They result from the strong interaction between excitons (hydrogen-like bound electron hole-pair) and photons. Due to this mixed exciton-photon nature, these particles are light enough (4 orders of magnitude lighter than a free electron) to exhibit quantum degenerate regime at cryogenic temperatures. Moreover, their photonic nature provides an easy and complete experimental access to the system observables. Thus polariton are ideal for the experimental study of dissipative Bose gases.
In the last 15 years, lasing [1], Bose-Einstein condensation [2] and more recently superfluidity [3] could be demonstrated and studied with a great wealth of details. More recently, Owing to advances in the domain of semiconductor nanostructures fabrication, new interesting perspectives have emerged: the experimental realization and study of new state of Bose gases will soon be possible, like low-dimensional Bose gas (1D quasi-condensate [4], Tonks-Girardeau liquid [5]) as well as room temperature quantum degeneracy. In this presentation, the most recent experimental observations on polaritons gases will be reviewed, and the future possible experimental realization with polariton condensates will be discussed.
[1] L. S. Dang et al., Phys. Rev. Lett., 81, 3920 (1998)
[2] J. Kasprzak et al., Nature 443, 409 (2006)
[3] A. Amo et al., Nat Phys, 5, 805 (2009)
[4] S. Richard et al., Phys. Rev. Lett., 91, 010405 (2003)
[5] T. Kinoshita et al., Science, 305, 1125 (2004)

Monday, May 31st, 11AM:
The World on a Sheet (Attention, en salle 117)

Volker Schomerus (DESY theory group, Hambourg)

While quantum gauge theories provide a very successful framework for the description of nature, they still pose tremendous computational and conceptual challenges. During the last few years, many methods from 2-dimensional statistical mechanics have made a surprising and forceful entrance into 4-dimensional gauge theory calculations. After a brief review of the underlying concepts, I will formulate a gauge theory wish-list for new developments in surface physics. A few recent developments are highlighted in the last part of the talk.

Monday, May 17th, 11AM:
Mesures de susceptibilité non linéaire dans un liquide surfondu: une mise en évidence des corrélations spatiales croissantes près de Tg.

François Ladieu (SPEC, CEA Saclay)

Lorsqu'on les refroidit suffisamment vite, la plupart des liquides ne cristallisent pas, et deviennent des liquides surfondus. Leur viscosité augmente alors extrêmement vite à mesure qu'on les refroidit encore (ralentissement visqueux) au point qu'ils deviennent solides, à l'échelle des temps macroscopiques, au dessous d'une température de transition vitreuse Tg. L'existence d'une longueur de corrélation croissante associée à ce ralentissement visqueux est une des grandes questions toujours ouvertes dans la physique des verres. Il a été récemment proposé, en utilisant des arguments théoriques très généraux, que la susceptibilité alternative non linéaire d'un liquide surfondu donne directement accès aux corrélations dynamiques qui seraient responsables du ralentissement visqueux. Comme pour les verres de spin, où la susceptibilité non linéaire diverge à la transition, cette quantité devrait permettre de dévoiler les corrélations critiques naissantes près de la transition vitreuse.
Nous avons mis au point une expérience permettant d'accéder à la susceptibilité diélectrique non linéaire de liquides surfondus. Nos premiers résultats sur le Glycérol montrent sans ambiguité que le pic de susceptibilité non linéaire augmente lorsque l'on décroit la température vers Tg. Ceci permet de déduire que le caractère collectif de la dynamique vitreuse s'accroit lorsqu'on baisse la Température. Ces résultats renforcent le scénario selon lequel la transition vitreuse serait liée à un point critique sous jacent, ce qui expliquerait l'ubiquité du comportement vitreux dans la nature.

Monday, May 10th, 11AM:
Turbulence statistical and dynamical priors for inverse modeling of motion in image sequences.

Patrick Héas (INRIA, Rennes)

The complexity of fluid flow dynamics associated with incomplete and noisy observations make the recovery of physical sound motion measurements from image sequences a very difficult task. In the context of curing this ill-posed estimation problem, we present two variational approaches tackling motion estimation from a Bayesian modeling perspective.
The first approach proposes to include prior knowledge on the flow regularity. Regularity is formalized using turbulence scaling laws describing the statistical structure of motion increments across scales. Motion estimation is formulated as a minimization problem where the second order structure function is constrained to behave as some power law. In order to select the most appropriate power law within a set of hypothesis (e.g. Kolmogorov41, Kraichnan64, Lindborg01), the maximum likelihood principle is used to jointly infer the scaling law describing the best the image data. The motion estimator accuracy is first evaluated on a synthetic image sequence of homogeneous and isotropic 2D turbulence. Results exceeds the best state of the art results. Then, the method is used to analyze a real meteorological image sequence. Selecting from images the most likely scaling law enables the recovery of physical quantities of major interest for turbulence characterization.
The second approach proposes to include prior knowledge on motion dynamics. Physical sound and time-consistent horizontal motion fields at various atmospheric depths are recovered from a whole image sequence relying on a prior multi-layer shallow-water model. This estimator is based on a weak constraint variational data assimilation scheme and is applied on noisy and incomplete pressure difference observations derived from satellite images. The dynamical model is a simplified vorticity-divergence form of a multi-layer shallow-water model. Average horizontal motion fields are estimated for each layer. The performance of the proposed technique is assessed on synthetic examples and on real world meteorological satellite image sequences. In particular, it is shown that the estimator enables exploiting fine spatio-temporal image structures and succeeds in characterizing motion at small spatial scales.

Monday, May 3th, 11AM:
Frontiers of Condensed Matter Physics Explored with Magnetic Fields 10^6 x Earth's Field on the Surface.

Marcelo Jaime (LANL, Los Alamos, USA)

Production of very high magnetic fields in the laboratory has relentlessly increased in quantity and quality over the last five decades, and a gradual shift occurred from research focused in magnet technology to studies of the fundamental physics of novel materials in high and very high applied magnetic fields. With these developments new strategies designed to understand microscopic mechanisms in material science surfaced, using a variety of methods to extract fundamental energy scales and thermodynamic properties from thermal, magnetic and electric probes. These parameters are then fed into minimalistic models that in turn are used to explain observations and predict behaviors for systems that are otherwise untreatable from a theoretical point of view. In this presentation, time permitting, I will summarize efforts at the National High Magnetic Field Laboratory to shed light on the fermiology of high temperature superconductors such as cuprates, and pnictides. I will also present examples of studies that uncovered previously unseen states of correlated matter in heavy fermion and actinide-based compounds, as well as a couple of examples of magnetic field induced Bose-Einstein condensation of magnons in spin S=1 and spin dimer S=1/2 quantum paramagnets.

Monday, April 26th, 11AM:
Défauts conformes : des fils quantiques à la théorie des cordes

Costas Bachas (LPT, ENS Paris)

Les théories bidimensionnelles conformes servent de pont entre la physique de la matière condensée et la théorie de cordes. Dans le premier cas elles décrivent les classes d'universalité de systèmes unidimensionnels quantiques; dans le second cas, elles définissent les équations qui généralisent la théorie de gravitation d'Einstein. Les défauts ponctuels dans ces systèmes quantiques intéressent depuis un certain temps les physiciens. Dans cet exposé je décrirai quelques exemples concrets de défauts quantiques, les efforts théoriques de classifier leurs classes d'universalité, ainsi que le rôle qu'ils pourraient jouer pour élucider les symétries cachées de la théorie de cordes.

Monday, April 19th, 11AM:
Demonstrating universal quantum critical behavior in ultracold gases

Kaden Hazzard (Cornell University)

Quantum criticality --- the finite temperature behavior of a system near a zero-temperature phase transition --- widely influences modern physics: for example, it provides examples of non-quasiparticle excitations and is prevalent in numerous materials. Cold atoms provide a clean and tunable setting to study strongly correlated phases of matter, but the universal structure of quantum phase transitions is hidden in current visualizations of cold atoms data. I will discuss novel, generic techniques to observe quantum criticality. I consider readily accessible systems, such as trapped bosons or fermions in optical lattices, and both static observables (such as trap profiles) and finite-frequency probes such as RF spectroscopy. Finally, I identify how to impact important open questions for quantum criticality using present generation experiments.

Monday, March 29th, 11AM:
De la macro- à la nano- fluidique (et vice-versa)

Lydéric Bocquet (LPMCN, Lyon 1)

Les propriétés des fluides aux interfaces ont été discutées dès les débuts de l'hydrodynamique. Mais ces questions occupent une place de plus en plus importante du point de vue fondamental et appliqué, avec la miniaturisation de plus en plus poussée des dispositifs fluidiques. On peut ainsi citer de nombreux exemples où les interfaces jouent un rôle clef: les systèmes microfluidiques de "laboratoires sur puce"; la nano-fluidique et les écoulements dans les nanopores; mais également la dynamique des fluides dans les systèmes biologiques et la locomotion à faible nombre de Reynolds. Dans cet exposé, j'exposerai quelques résultats obtenus dans notre équipe visant à explorer la dynamique des fluides aux interfaces, depuis les échelles macroscopiques jusqu'aux nano-échelles. En particulier je discuterai des écoulements sur surfaces super-hydrophobes, à la fois dans les régimes visqueux et inertiels. Je considèrerai enfin les opportunités offertes par le transport nanofluidique pour contourner les limites imposées par l'hydrodynamique à grande échelle.

Monday, March 22nd, 11AM:
Classical to quantum transition in superfluid turbulence.

Sergey Nazarenko (Mathematics Institute, University of Warwick)

I will review the theory of turbulence in superfluids at zero temperature. This system presents a unique example where the laws of classical physics gradually change to the quantum ones as an energy cascade proceeds from large to small scales. We will discuss the classical Kolmogorov turbulence at large scales, Kelvin wave turbulence at small scales and the nature of the crossover between these two regimes.

Monday, March 15th, 11AM:
Ecoulements granulaires

Olivier Pouliquen (IUSTI, Marseille)

Quiconque ayant joué avec le sable sur la plage ou du sucre dans la cuisine est conscient qu'une assemblée de grains rigides peut se comporter macroscopiquement comme un liquide et couler. La description de ce fluide singulier est un défi important pour de nombreuses applications industrielles (génie chimique, agroalimentaire, pharmaceutique,...) et pour beaucoup de situations geophysiques (ecoulement de débris, avalanches, glissement de terrain,...). Dans ce séminaire, les avancées récentes réalisées dans la compréhension de la rhéologie des écoulements granulaires seront présentées et l'émergence d'une "hydrodynamique granulaire" sera discutée. Fort de ces avancées, le cas plus complexe de mélange de grains de tailles différentes et de mélange de fluide et de grains sera ensuite discutés en lien avec les problématiques de glissements de terrain. Tout au long du séminaire, nous discuterons des nombreux problèmes qui restent encore ouverts, à la frontière entre la physique et la mécanique.

Monday, March 8th, 11AM:
Nonequilibrium Statistics of the Inverse Turbulent Cascade

Rudolf Friedrich (Institut für Theoretische Physik, Munster)

Turbulent fluid motion is maintained by a cascading process transporting energy across a large range of spatial scales. In the present talk we adress properties of the inverse cascade of two-dimensional turbulence, in which energy flows from small to large scales.
Starting point is the multipoint statistics of vorticity, which naturally leads to a description of the turbulence in terms of interacting screened vortices, in close analogy to the treatment of many-body systems by the notion of Landau quasi particles. Based on the evaluation of numerical data we emphasize that the effective behaviour of two screened vortices involves an interaction, which favours the formation of clusters of like-signed dressed vortices. This interaction is of a stochastic nature and allows one to draw unexpected analogies between the turbulent transport in the inverse cascade and transport mechanisms underlying the behaviour of Brownian motors.

Monday, March 1st, 11AM:
«Millimatériaux architecturés» : une stratégie de «matériaux sur mesure» pour les matériaux de structure ?

Yves Bréchet (LTPCM/ENSEEG, Grenoble)

Un matériau est de la matière devant remplir une fonction. L'ingénieur dispose de près de 100000 matériaux, et pourtant les cahiers des charges sont souvent contradictoires. Dans le domaine des matériaux de structure (c'est-à-dire ceux qui doivent tranmettre des forces ) les stratégies développées ont longtemps du point de vue des physiciens, d'optimiser les microstructures en allant vers les matériaux nanostructurés, et du point de vue des mécaniciens, d'optimiser les formes macroscopiques. La dichotomie «materiaux fonctionnels / matériaux de structure» tend toutefois à évoluer avec l'exigence accrue pour des matériaux multifonctionnels. Dans cette optique, une nouvelle stratégie de développement émerge, consistant à associer divers matériaux ( multimatériaux plutot que monomatériaux) et à jouer sur l'arrangement de la matière à l'échelle millimétrique (architecture plutot que microstructure). Le séminaire explorera ces développements récents au travers d'exemples comme les matériaux à gradients, les mousses métalliques, les feutres et laines, et les matériaux autobloquants. On s'attachera a montrer comment la résolution de requêtes contradictoires conduit à développer ces nouvelles classes de matériaux, et les questions fondamentales qu'ils soulèvent.

Monday, February 8th, 11AM:
Violation et restauration du théorème de fluctuation dissipation

Jean-François Joanny (Institut Curie, Paris)

Le théorème de fluctuation-dissipation est un résultat essentiel de la physique statistique au voisinage de l'équilibre qui a largement prouvé son utilité. Les systèmes dans un état stationnaire hors d'équilibre n'ont a priori aucune raison de satisfaire ce théorème. Dans un premier temps nous discuterons quelques exemples de violation de ce théorème sur des systèmes biologiques. Le cas des cellules ciliées qui sont les organes de détection du son dans l'oreille interne est particulièrement spectaculaire. On peut mesurer une température effective qui diverge et change de signe en fonction de la fréquence. Ce comportement est typique d'une bifurcation de Hopf. D'autres exemples mettent en jeu les gels actifs d'actine et de myosine et les moteurs moléculaires. Après avoir introduit la relation de Hatano Sasa qui est valable pour des systèmes dont la dynamique est markovienne et dépend de manière continue de "forces extérieures, nous montrons comment l'on peut écrire un théorème de fluctuation-réponse analogue au théorème de fluctuation dissipation. Nous discutons ensuite l'application de ce théorème aux mêmes exemples issus de la biologie.

Monday, February 1st, 11AM:
Ecoulement diphasique dans des puces microfluidiques.

Annie Colin (LOF, Bordeaux)

Les dispositifs microfluidiques permettent de produire des émulsions très bien calibrée en tailles, des coécoulements et des jets. Dans ce travail, nous étudions les écoulements bifluides dans des dispositifs microfluidiques. D'un point de vue expérimental, nous avons étudié en fonction des différents paramètres expérimentaux (débits, tailles des capillaires, tension de surface) le diagramme d'écoulement pour deux fluides non miscibles. Un modèle basé sur l'étude de la nature de l'instabilité de Rayleigh en milieu confiné nous a permis de prédire les zones de transition entre jet et gouttes. Les jets correspondent à une instabilité de Rayleigh convectée, les gouttes à une instabilité absolue. L'écoulement et le confinement favorise la nature convectée de l'instabilité. Le rôle de la forme de la géométrie est aussi analysé. Des études portant sur des fluides non newtoniens sont actuellement en cours.

Monday, January 25th, 11AM:
Disordered elastic systems

Andrei Fedorenko (Lab Physique, ENS Lyon)

Elastic objects in disordered media is a fruitful concept to study diverse physical systems such as domain walls in ferromagnets, interfaces between immiscible liquids in a porous medium, charge density waves in solids, vortices in type-II superconductors, etc. In all these systems the interplay between elastic forces that tend to keep the system ordered, i.e., flat or periodic, and quenched disorder, which promotes deformations of the local structure, forms a complicated energy landscape with numerous metastable states. This results in glassy properties and a nontrivial response of the system to external perturbations, e.g. depinning transition. These difficulties and possible applications make understanding both the static and dynamic properties of these systems a challenging task. In my talk I will report recent progress in this area and also review some exciting relations between physics of disordered systems and other problems such as Burgers turbulence and loop erased random walks.

Monday, January 18th, 11AM:
Dynamics of bubbles, films and foams: Role of interfacial rheology

Benjamin Dollet (IPR, Rennes)

Interfacial phenomena at air/water interfaces are fundamental to understand the physics and fluid mechanics associated with bubbles, soap films, and foams. The surfactant molecules (soap, phospholipids, proteins?) generally covering these interfaces not only lower surface tension, but also often give rise to an interfacial viscoelasticity. We show the crucial influence of surface rheology through three series of experiments: oscillations of ultrasound contrast agent microbubbles, fast dynamics of soap films, and flow of foam through a contraction.
Ultrasound contrast agents are microbubbles which are encapsulated by a phospholipid monolayer, both to prevent them from too fast dissolution and to carry therapeutic molecules for targeted drug delivery. In medical applications, once injected in the blood pool, they constitute very efficient ultrasound scatterers, which enables to image organ perfusion or to detect tumors. We have developed an optical spectroscopy method, and showed that the resonance properties of the contrast agents shows that the viscoelasticity of the phospholipid monolayer modifies drastically their response compared to uncoated gas bubbles [1].
Fast and/or confined film and foam flows are of great practical interest, because of the use of foams in porous media for enhanced oil recovery, and of the development of microfluidics with bubble assemblies. We first present an elementary experiment at the scale of single soap films, that we push through circular tubes, to study their behaviour as they deviate from equilibrium shape. Varying their velocity, we observe that SDS films get curved downstream, and we show that film rupture occurs as the film curvature exceeds that of the tube [2]. With another solution (SLES/CAPB/myristic acid) giving strongly viscoelastic interfaces, the behaviour is totally different; soap films are deformed at much lower velocity, with a strong dependence on the amount of liquid. We identify an intermittent flow regime, reminiscent of stick-slip in solid friction. Moreover, we show by tracer-tracking that the moving film has a long-range influence on the wetting film ahead of it. We also present measurements of the 2D flow of foam through a contraction, where we can measure the full elastic, plastic and viscous response by image analysis. We evidence significant differences between a SDS foam and a foam with the SLES/CAPB/myristic acid mixture, which shows for instance a dependence of elastic stresses with the velocity and/or the velocity gradient [3].
[1] S. M. van der Meer et al., J. Acoust. Soc. Am. 121, 648 (2007).
[2] B. Dollet, I. Cantat, submitted to J. Fluid Mech.
[3] B. Dollet, submitted to J. Rheol.

Monday, January 11th, 11AM:
Matière molle sous cisaillement : transition d'alignement et transition solide-fluide

Sébastien Manneville (LP, ENS Lyon)

Décrire et expliquer la réponse de matériaux mous à une déformation ou à un écoulement comporte des enjeux industriels et appliqués considérables. En effet, les fluides complexes comme les gels ou les émulsions sont omniprésents dans notre vie quotidienne. D'autre part, certains d'entre eux, comme les suspensions colloïdales concentrées, constituent des systèmes modèles pour l'étude fondamentale de phénomènes physiques tels que la transition vitreuse ou les hétérogénéités dynamiques.
Dans ce séminaire, je discuterai les effets d'une contrainte de cisaillement sur différents systèmes de matière molle. Tout d'abord, je présenterai le cas de solutions de molécules tensioactives formant des "micelles géantes". Sous l'effet d'un cisaillement, les micelles s'alignent et on observe une transition de phase isotrope-nématique hors équilibre. La deuxième partie sera consacrée à divers "matériaux mous vitreux" présentant une contrainte seuil en dessous de laquelle le matériau se comporte comme un solide élastique et au-dessus de laquelle il peut s'écouler comme un liquide. Je m'intéresserai en particulier aux phénomènes de localisation du cisaillement et aux dynamiques lentes observées au voisinage de la contrainte seuil.

Monday, December 14th, 11AM:
Réseaux complexes: un aperçu du domaine, et quelques perspectives récentes

Alain Barrat (CPT, Marseille)

Dans ce séminaire, je commencerai par une rapide description du domaine des réseaux complexes et de son évolution. Partant d'exemples concrets, je montrerai comment des caractéristiques commune à des systèmes venant de domaines très différents ont pu être mises en évidence. Je discuterai ensuite la propagation d'épidémies sur réseau, comme exemple des nombreux phénomènes dynamiques qui ont lieu sur ces réseaux, et dont les caractéristiques dépendent crucialement de la topologie du réseau concerné. Dans une deuxième partie, je discuterai les développements récents dans lesquels le caractère dynamique du réseau est pris en compte et étudié. Je présenterai en particulier le projet Sociopatterns (www.sociopatterns.org), qui vise à recueillir des données empiriques sur l'évolution dynamique des réseaux sociaux, et de premiers résultats obtenus par ce projet.

Monday, December 7th, 11AM:
Courbes aleatoires en 2D: des interfaces critiques a la turbulence

Denis Bernard (CEA et LPT-ENS)

Comprendre la nature de courbes ou trajectoires aléatoires est un problème récurrent en physique ou en mathématique (la théorie du mouvement Brownien est issue de ce désir de compréhension). Dans de nombreuses situations, ces courbes possèdent la propriété remarquable d'être invariantes sous des transformations conformes (transformations préservant les angles). Nous decrirons par des exemples d'origines physiques ou géometriques les propriétés caracteristiques de ces courbes, les progrès significatifs obtenus dans leurs descriptions suite à la découverte des processus stochastiques SLE ("Schramm-Loewner Evolutions") ainsi que les liens entres ces processus et la physique statistique des systèmes critiques bidimensionnels. Une application de ces nouveaux outils à la turbulence 2D sera mentionnée.

Monday, November 30th, 11AM:
Le transistor à effet de champ ultime et ses limites: une approche par la physique quantique mésoscopique.

Marc Sanquer (CEA Grenoble)

Je présenterai quelques limites physiques auxquelles se heurte le transistor à effet de champ silicium de taille typique quelques dizaines de nanomètres (celui qui équipera les processeurs dans un proche avenir, "noeud 22nm").
J'illustrerai ces limites par les résultats expérimentaux obtenus à Grenoble sur des transistors refroidis à basse température: le MOS-SET [1] qui est un transistor mono-électronique silicium à trois terminaux (une grille, une source et un drain), la détection [2] et la spectroscopie d'un dopant unique par mesure de transport [3] dans des MOSFETs de longueur de canal 10nm.
Je conclurai à propos de l'influence des effets mis en évidence à basse température sur le fonctionnement du MOSFET ultime à température ambiante.
[1] M. Hofheinz, et al., A simple and controlled single electron transistor based on doping modulation in silicon nanowires, Applied Physics Letters 89, 143504 (2006).
[2] M. Hofheinz, et al., ?Individual charge traps in silicon nanowires: Measurements of location, spin and occupation number by Coulomb blockade spectroscopy?, European Physical Journal B54, 299-307, (2006).
[3] M. Pierre et al., "Single donor ionization energies in a nanoscale CMOS channel? to appear in Nature Nanotechnology (2009).

Monday, November 23rd, 11AM:
Sediment transport and dunes in pipe flow

Elisabeth Guazzelli (IUSTI, Polytech Marseille)

When particle beds are submitted to shearing flows, the particles at the surface of the bed can move as soon as hydrodynamic forces acting on them exceed a fraction of their apparent weight. This situation occurs in a wide variety of natural phenomena, such as sediment transport in rivers or by air, and in industrial processes, such as hydrate or sand issues in oil production and granular transport in food or pharmaceutical industries. A very common feature that arises is the formation of ripples, i.e. small waves on the bed surface, or of dunes, i.e. larger mounds or ridges.
This talk will examine a bed constituted of sediment particles submitted to a pipe flow. It will discuss (i) the critical condition for incipient motion of the grains, (ii) bed-load transport, and (iii) the different dune patterns that arise as the flow is increased from the laminar to the turbulent regimes. The theoretical investigation uses a two-phase model having a granular rheology for the particulate phase. Calculations are performed numerically but also analytically in asymptotic cases. These predictions are compared to experimental results obtained in laminar flow above a bed composed of spherical particles in a pipe.

Monday, November 16th, 11AM:
Spectroscopie optique ultrarapide de nanoparticules métalliques

Paolo Maioli (LASIM, Université de Lyon)

Les techniques optiques résolues en temps à l'échelle femtoseconde constituent des outils particulièrement performants pour l'étude des interactions électroniques, de la réponse vibrationnelle et des processus thermiques des nanoparticules. Nous discuterons les résultats obtenus sur l'évolution des interactions électrons-électrons et électrons-réseau et sur la réponse acoustique en fonction de la taille dans des nanoparticules de métaux nobles dans un régime de taille allant de quelques dizaines de nanomètres à un nanomètre. Par ailleurs, l'extension de ce type d'étude à une nanoparticule métallique individuelle sera également présentée et les résultats marquants de cette nouvelle technique de "nanoscopie" optique seront illustrés.

Monday, November 09th, 11AM:
Deux "histoires de friction" : Influence des propriétés de surface sur les écoulements interfaciaux & Les petites billes qui montent, qui montent...

Audrey Steinberger (LP, ENSL)

La question des conditions aux limites d'un écoulement est un problème récurrent en mécanique des fluides. En particulier la condition de non-glissement d'un liquide simple au voisinage d'une surface solide généralement utilisée en hydrodynamique n'est pas toujours vérifiée à l'échelle nanométrique. Au-delà de l'intérêt fondamental de cette question, la compréhension et la maîtrise de la condition limite hydrodynamique au voisinage d'une paroi constitue aujourd'hui un enjeu pratique important pour le contrôle des écoulements dans des géométries confinées (milieux mésoporeux, dispositifs micro- et nanofluidiques).
La première partie de ce séminaire portera sur l'influence des propriétés de surface (mouillage, structure, elasticité) sur les écoulements interfaciaux. J'expliquerai comment il est possible d'étudier quantitativement cette influence à l'aide de mesures de forces de surface et, réciproquement, je montrerai qu'il est possible d'utiliser l'hydrodynamique interfaciale pour sonder finement les propriétés de l'interface solide-liquide. J'appuierai la discussion sur des résultats obtenus au cours de ma thèse au LPMCN.
Dans la deuxième partie, je décrirai un curieux phénomène qui permet à des petits agrégats de billes, retenues par des ponts capillaires, de grimper le long d'une paroi verticale lorsque celle-ci est soumise à une oscillation sinusoïdale dans la direction verticale.

Monday, October 19th, 11AM:
Diffraction non linéaire en acoustique.

François Coulouvrat (Inst. Jean le Rond d'Alembert, Paris)

Les non-linéarités en acoustique se traduisent essentiellement par une vitesse du son dépendant de l'amplitude instantanée du champ, conduisant à la distorsion du signal, le transfert d'énergie entre composantes fréquentielles et la formation de chocs faibles, manifestation la plus spectaculaire de la non-linéarité. Les ondes de choc s'observent dans de nombreuses situations, à des échelles très variées allant de la Terre (infrasons : volcans, avions supersoniques) au "nano" (acoustique pico-seconde) en passant par l'audible (trombone, moteurs) ou les applications biomédicales (lithotritie, solides mous). En présence de diffraction, la présence d'ondes de choc, même faibles, conduit à des modifications itrinsèquement non linéaires des lois classiques de la diffraction. Deux exemples seront plus particulièrement traités au moyen de modèles, simulations numériques et expériences en laboratoire. On verra d'abord comment les lois de Snell-Descartes cessent d'être valables en incidence rasante pour donner lieu à d'autres types de réflexion comme celle de von Neumann. Enfin, dans le cas des caustiques "pli" (l'équivalent de l'arc en ciel ou diffraction d'Airy), il sera montré que la compétition entre non-linéarité et diffraction contrôle l'amplitude du champ.

Monday, October 12th, 11AM:
String Theory -- extra dimensions and hidden symmetries

Henning Samtleben (LP, ENSL)

String theory is a theory to describe nature at the smallest length scales which replaces the concept of point-like elementary particles by extended strings. I review history and hopes, problems and progress.

Monday, October 05th, 11AM:
Physique de la morphogenèse chez les plantes

Arezki Boudaoud (LPS, ENS Paris)

Au cours de son développement, une plante subit des changements de topologie drastiques : l'embryon (une boule) projette des racines et des tiges (des lignes), qui donnent naissance à des feuilles (des surfaces). Quelles sont les mécanismes physiques mis en jeu dans ces transformations ? Comment des formes complexes sont-elles générées ? Au cours de l'exposé, j'introduirai des études illustrant ces questions : formes auto-similaires des feuilles, méchanosensation et croissance des tiges, géométrie du pavage cellulaire...

Monday, September 28th, 11AM:
Etude de la transition métal-isolant d'Anderson avec un système d'atomes froids quantiquement chaotique

Jean-Claude Garreau (Lab. de Physique des Lasers, Atomes et Molécules Université des Sciences et Technologies de Lille)

En plaçant des atomes refroidis par laser dans une onde stationnaire modulée temporellement nous réalisons un système atomique dont la dynamique est équivalente à celle du « kicked rotor », système bien connu en particulier pour sa dynamique classiquement chaotique. Son pendant quantique présente une dynamique très différente, caractérisée par un phénomène de localisation dans l'espace des impulsions, la « localisation dynamique ». Il s'avère que celle-ci est formellement équivalente à la localisation d'Anderson (à une dimension). En utilisant trois fréquences de modulation incommensurables, on obtient un système équivalent au modèle d'Anderson à trois dimensions, qui présente une transition de phase quantique entre une dynamique localisée et une dynamique diffusive.
Notre système offre un certain nombre d'avantages si comparé à son pendant (et ainé) de la physique du solide : nous pouvons contrôler dans une large mesure les effets de décohérence et nous avons accès expérimentalement aux fonctions d'onde (ou du moins leur module carré). Nous avons tiré parti de ces caractéristiques pour démontrer de façon non ambigüe l'existence de la transition d'Anderson dans le système. Par ailleurs, nous avons développé une technique inspirée du « finite-size scaling » qui nous a permis de déterminer expérimentalement l'exposant critique de cette transition. Des données très récentes ont permis d'obtenir pour cet exposant critique la valeur 1,6+/-0,1, qui est en excellent accord avec la valeur obtenue par des simulations numériques (1,59+/-0,01) et la valeur obtenue en simulant directement le modèle d'Anderson (1,57+/-0,02). De plus, la possibilité offerte par notre système de mesurer directement les fonctions d'onde nous permet d'étudier de façon assez détaillée le régime critique de la transition.

Monday, July 06th, 11AM:
Vortices and turbulence statistics

Mark Rast (University at Colorado at Boulder, USA)

The long standing problem of turbulence can be succinctly stated: what are the characteristics of small-scale turbulent motions, how do these depend on the properties of the large-scale motions from which they derive, and knowing them, how can we model the transport of scalar and vector quantities such as energy and momentum? Large-scale numerical simulations of turbulent flows, enabled by rapid advances in supercomputing technology, are providing major insights into turbulent flows, finding that most exhibit a range of coherent structures embedded in the more chaotic motions. What is the role of these structures in the turbulent transport of energy, momentum, fields, and tracers? Can a statistical mechanics of turbulent structures be realized?

Monday, June 22nd, 11AM:
Criticality and predictability of power-law distributed avalanches

Osvanny Ramos (Lab. Physique ENSL)

In an attempt of explaining the scale invariance presented in many natural phenomena, the "Self-organized criticality" (SOC) has exploited a parallel between slowly driven systems with power-law distributed avalanches and critical phenomena. However, a negative answer to questions like "Criticality = Unpredictability?" "Power-law distributed avalanches = Critical phenomenon?" "Power-law distributed avalanches = Unpredictability?" will show that dissipative slowly driven systems are not critical (in terms of divergence of the correlation length) and they are, in principle, predictable. This fact affects phenomena as relevant as earthquakes, where many researchers believe that they are critical systems and thus, inherently unpredictable.

Monday, June 15th, 3PM:
The Physics of the Beautiful Game

John Bush (MIT, Cambridge, USA)


Attention, horaire exceptionnel 15h et lieu exceptionnel, salle des thèses !!!!

Professor at MIT, John Bush's research involves an interplay between experimental and theoretical modeling techniques, and is focussed towards identifying and elucidating new fluid dynamical phenomena. His three principal research areas might be categorized as Geophysical and Environmental Fluid Dynamics, Surface Tension-Driven Phenomena, and Biofluidynamics.
He will give a seminar for a general audience about the Dynamics of Sports Balls, especially football. During the talk, he will discuss several shots of Juninho, the only one who can reliably hit the "folha seca" and the greatest living shooter according to him. The famous free kick by Roberto Carlos against France will be also studied. Pelé, Nilinho, Mihajlovic, Beckham will also be featured.

Monday-Friday, June 1st-5th:
colloque international : Physique de la complexité

http://complexity2009.ens-lyon.fr/en/Home.html

Le laboratoire de Physique de l'ENS Lyon organise un colloque international intitulé physique de la complexité, Complexity in Physics.
Il est construit autour des 60èmes anniversaires de Bernard Castaing (professeur à l'ENS Lyon, membre de l'Académie des Sciences) et Alain Arneodo (directeur de recherche, CNRS, Laboratoire Jolliot-Curie, lauréat du Prix de l'Académie Royale de Belgique en 2007).
Ces deux chercheurs, de réputation internationale, ont contribué de manière significative à l'étude de multiples aspects de la physique des systèmes à grand nombres de degrés de liberté, à la fois des points de vues de la matière condensée, de la physique statistique, de la turbulence, de la biophysique,... Ils ont tous deux joué des rôles pionniers et ont, au cours des 15 dernières années, ouvert des voies qui se sont révélées très fécondes et qui ont influencé des communautés entières de recherche.
Mais avant tout, ce colloque veut être l'occasion de renforcer les échanges scientifiques et les interactions entre différents domaines de la physique souvent rassemblés sous le vocable de "systèmes complexes". A cette fin, il sera organisé autour d'un petit nombre d'exposés longs d'orateurs invités, de stature internationale, ayant également joué, en France ou à l'étranger, un rôle important dans l'émergence des concepts et méthodes associés aux différentes facettes de la physique des systèmes complexes. Ils seront complétés par des exposés courts de jeunes chercheurs ou étudiants qui conduisent actuellement des recherches théoriques ou expérimentales inspirées par ces travaux fondateurs. Enfin, tous les participants seront invités à présenter un aspect de leur travail en lien avec le sujet sous forme d'"affiches".
Ce colloque se déroulera du 1er au 5 juin 2009 dans les locaux de l'ENS Lyon, et devrait rassembler une centaine de participants.

Monday, May 25th, 11AM:
Dissection des objets complexes: les cas du mélange scalaire et de la pluie.

Emmanuel Villermaux (IRPHE, Marseille)

A l'aide de deux exemples, je montrerai comment on peut comprendre un phénomène à priori compliqué en termes d'objets élémentaires, et de leur règle d'interaction. Dans un mélange scalaire typique, les objets élémentaires sont des feuillets étirés et la règle d'interaction une superposition aléatoire, qui donne naissance aux distributions de concentration. Pour la pluie, les grosses gouttes qui se détachent des nuages forment des ligaments dont les fragments constituent la distribution des gouttes qui tombent sur le sol.

Monday, May 18th, 11AM:
Convection thermique et Cyclones dans des bulles de savon

Hamid Kellay (CPMOH, Bordeaux)

Je parlerai d'une expérience qui utilise une demi bulle de savon comme cellule de convection. Cette cellule 'sans murs' est chauffée par le bas et refroidie au sommet. Pour des différences de température raisonnables, on observe une forte agitation sur la surface de cette bulle. Et l'émergence de tourbillons uniques tels des cyclones. Je décrirai cette expérience ainsi que les principales mesures (fluctuations de vitesse, d'épaisseur et de température) effectuées. Je parlerai ensuite des propriétés des tourbillons et de leur lien avec le déplacement des cyclones.

Monday, May 11th, 11AM:
5O ans de localisation forte, des électrons aux ondes élastiques et aux atomes froids

Bart van Tiggelen (LPMMC, Grenoble)

La localisation forte fut introduite par P.W Anderson en 1958, il y a un demi-siècle. Selon la prédiction théorique, les électrons seront piégés si le désordre est suffisamment élevé. Ce concept pourrait expliquer les transitions métaux-isolants. Cinquante ans plus tard un peut faire le bilan. La localisation forte a expliqué l'effet Hall quantique, et a été observé avec les photons, avec les ondes élastiques et même avec les atomes froids. De nombreuses prédictions théoriques ont été vérifiées de façon spectaculaire, telles que la théorie d'échelle, la théorie auto-consistante et la théorie du chaos quantique. Un bilan de ce phénomène fascinant de la physique de la matière condensée.

Monday, May 4th, 11AM:
Supersolid Phase of Helium-four: a theoretical study

Massimo Boninsegni (University of Alberta, Canada)

The observation of a non-classical moment of inertia in solid Helium-four by Kim and Chan (Science 305, 1941 (2004)) has provided the first experimental evidence of a possible supersolid phase of matter, namely a crystalline phase capable of sustaining dissipationless flow. However, the interpretation of the experimental findings in terms of supersolidity of the crystal phase remains controversial at the theoretical level. Using quantum Monte Carlo methods, based on a recently developed new scheme know as "Worm Algorithm", we have investigated Bose condensation in a perfect crystal, as well as the leading theoretical scenarios of supersolidity, namely that in which superflow occurs in a highly dilute gas of vacancies. We find that a perfect crystal is not supersolid, and that single vacancies and interstitials have large activation energies, and that vacancies in a helium-four crystal phase separate instead of forming a homogeneous gas. Motivated by recent experiments by Sasaki et al. (Science 313, 1098 (2006)). We also explored superflow of Helium at grain boundaries and inside the core of screw dislocations.
References: M. Boninsegni, N. V. Prokof'ev and B. V. Svistunov, PRL 96, 070601 (2006); M. Boninsegni, N. V. Prokof'ev and B. Svistunov, PRL 96, 105301 (2006); M. Boninsegni et al., PRL 97, 080401 (2006); L. Pollet et al., cond-mat/0702159

Monday, April 27th, 11AM:
Le magnétisme quantique comme laboratoire d'une physique exotique

Pierre Pujol (LPT, Toulouse)

Ces dernières décennies ont vu l'apparition de nouveaux concepts en physique de la matière condensée pour expliquer la nature exotique du comportement à basse température de composés récents. Le point commun à toute cette physique se base sur l'origine collective entre plusieurs particules des phénomènes qui y ont lieu. Cette idée en soit n'est pas nouvelle, le magnétisme ou la supraconductivité, connus depuis fort longtemps, ne peuvent exister que grâce aux interactions entre les "constituants élémentaires" (des moments magnétiques pour le premier et les électrons pour le deuxième). L'émergence d'effets collectifs inattendus peut cependant aller bien au delà de ces exemples pour donner lieu à des phénomènes défiants notre intuition tels que la fractionalisation, ou la séparation spin-charge. Dans ce colloquium nous allons montrer par des exemples simples comment le magnétisme quantique peut servir de laboratoire à cette nouvelle physique qui est sans doute la clef pour comprendre des phénomènes aux retombées scientifiques et techniques très importantes comme la supraconductivité à hautes températures.

Monday, April 20th, 11AM:
Mécanique statistique de l'écoulement de von Karman : Théorie et expériences

Bérengère Dubrulle (GIT, CEA Saclay)

Les écoulements turbulents sont un exemple classique de système hors équilibre. Suite aux travaux d'Onsager en 1949, on a cherché à décrire leurs états stationnaires en utilisant une approche de mécanique statistique. Dans les années 1990, suivant l'impulsion donnée par Robert, une théorie statistique de la turbulence bidimensionnelle a été développée, qui permet d'obtenir l'organisation du fluide à grande échelle par un principe de maximisation d'une entropie sous contraintes. Les structures d'équilibre obtenues reproduisent bien la zoologie des tourbillons obtenus en turbulence bidimensionnelle. Cependant, la turbulence bidimensionnelle est particulière, car il n'y a pas d'étirement de la vorticité. Cette dernière est donc conservée le long des lignes de courant, et sert de base dans la définition de l'entropie. En dimension trois, la vorticité n'est plus conservée, et le problème d'une approche statistique reste entier. Dans certains cas particuliers, cependant, les symétries de l'écoulement turbulent entraînent la conservation d'une quantité physique le long des lignes de courant. C'est le cas par exemple des écoulements axisymétriques (conservation du moment cinétique). Dans ce cas, on peut formellement définir une entropie associée à la conservation de cette quantité, et rechercher les états d'équilibre et les fluctuations autour de cet état d'équilibre par une maximisation sous contraintes.
Dans mon exposé, je présenterai l'ensemble des résultats théoriques que nous avons obtenu dans ce cadre : caractérisation des états d'équilibre des fluctuations, théoreme de fluctuation-dissipation, équations d'état, température statistique. Je discuterai ensuite de la comparaison de ces résultats avec des données issues d'une expérience en géométrie von karman, permettant d'obtenir des écoulements axisymétriques très turbulents.
en collaboration avec P-H. Chavanis, A. Chiffaudel, G. Collette, P-P, Cortet, F. Daviaud, P. Diribarne, N. Leprovost, A. Naso, R. Monchaux

Monday, March 30th, 11AM:
Avalanche dynamics of imbibition fronts

Stéphane Santucci (LP ENS Lyon)

The spatio-temporal dynamics of interfaces driven through random media has becom e a subject of central importance in non-equilibrium statistical mechanics in la st years. A wide variety of slowly driven physical systems - vortex lines in sup erconductors, dislocation lines in defective crystalline solids, fracture fronts in heterogeneous materials, magnetic domain walls in disordered ferromagnets or wetting contact lines on rough substrates - exhibit a self-affine morphology an d burst-like correlated motion, that arise from the interplay between competing interactions.
In this context, we address here the problem of forced-flow imbibition in a diso rdered medium where a fluid (oil) that preferentially wets the medium displaces a resident fluid (air) at a constant flow rate. Using a high resolution fast cam era, we follow the propagation of the fluid-air interface invading a disordered Hele-Shaw cell. Measuring the local waiting time fluctuations along the front du ring its propagation, we show that the imbibition fronts display an intermittent behavior signature of an avalanche-like dynamics. First, we will discuss the No n-Gaussian fluctuations of the global (spatialy averaged) velocity V (t) of the interface. Then, we will focus on the various scaling behavior of the local aval anches defined as spatial clusters of large local velocity. Our experimental res ults underline the critical behavior of the imbibition dynamics, suggesting the existence of a critical depinning transition for this process at V=0.

Monday, March 23rd, 11AM:
Les gaz ultra-froids : un monde quantique entre physique atomique et matière condensée

Jean Dalibard (LKB, ENS Paris)

Il y a une douzaine d'années, l'observation de la condensation de Bose-Einstein dans une vapeur atomique apparut tout d'abord comme une belle confirmation de la théorie du gaz parfait. Cette découverte, qui aurait pu rester sans lendemain, a conduit au contraire à des développements spectaculaires, portant sur des problèmes nettement plus complexes de la physique à N corps. Ainsi le mouvement d'atomes dans le potentiel périodique créé par un réseau lumineux présente une forte analogie avec la physique des électrons dans des solides. Un autre exemple est la nucléation de vortex quantiques dans des gaz en rotation, qui peut conduire à des phénomènes similaires à l'effet Hall quantique. L'exposé présentera quelques avancées récentes de ce domaine de recherche, et montrera comment ces assemblées d'atomes froids peuvent être considérées comme des « simulateurs quantiques » de la dynamique très riche des systèmes qu'on rencontre en matière condensée.

Monday, March 16th, 11AM:
Friction induced amplification of guided seismic waves

Bruno Andreotti (ESPCI, PMMH, Paris)

In standard fluid dynamics, the compressibility of viscous liquids is usually neglected when the flow velocity is much smaller than the speed of sound. However, the incompressibility condition is violated when the viscosity strongly increases with pressure, a characteristic reminiscent of solid friction. In different frustrated systems verifying this property, plastic flows are localized into narrow shear bands. Linear elasticity then predicts an anomalous reflection of acoustic waves on a shear band, with a positive energy gain. It is natural to ask if such a coupling between elastic waves and shearing motion can be observed experimentally.
I will shortly review the mechanical behaviour of granular matter and show that it is the optimal material to test these predictions. I will then present a controlled laboratory experiment showing that, under gravity, acoustic waves propagate in granular matter through modes guided along the surface. Finally, I will show that a wave-guide whose reflecting boundaries are constituted by shear bands amplifies guided seismic waves. Energy is pumped from the mean flow into coherent acoustic vibrations, which leads to a linear convective instability at low Mach number. The dynamical mechanism brought to light here is directly transposable to the seismic emission in a fault gouge. It suggests that seismic waves guided along moving faults can be amplified exponentially, which would be a key ingredient to explain dynamical earthquake triggering.

Monday, March 9th, 11AM:
Beyond the Higgs.

Christophe Grojean (CERN, Genève)

D'où les particules élémentaires, quarks et leptons, tirent-t-elles leurs masses ? Qu'est-ce qui différencie les photons des bosons Z^0 ? En un mot comment s'opère la brisure de symétrie électrofaible ? C'est d'abord pour répondre à ces questions que le Large Hadron Collider a été conçu. La découverte du boson de Higgs est certes très attendue mais ce fameux boson peut prendre différentes formes : standard-Higgs, supersymmetric-Higgs, composite-Higgs, fat-Higgs, little-Higgs, un-Higgs, phantom-Higgs et même Higgsless.

Monday, March 2nd, 11AM:
When Pauli silences electrons : quantum noise in conductor

Christian GLATTLI (Nanoelectronics group, CEA Saclay and LPA, ENS Paris.)

The Pauli exclusion principle leads to strange and remarkable properties of electrical noise in quantum conductors. During the last decade it has been shown that electrons emitted by contacts and incoming on a quantum coherent conductor are temporally ordered with a characteristic frequency eV/h, V being the voltage applied across the conductor. In certain situations this gives rise to noiseless current flow where we would expect that electron granulmarity generates electrical shot noise.
We review some fascinating consequences of the Pauli principle, including noiseless conductors, manifestations of the characteristic frequency eV/h, possible quantum entanglement using thermodynamic electrons sources and generation of non-classical microwave photons.

Monday, February 23rd, 11AM:
Chance and Necessity in Changes of States

Tamiki Komatsuzaki (Hokkaido University, Japan)

Chemical reactions are regarded as the most elementary prototype of change of the states or matter. How a rearrangement of atoms or molecules constituting a system occurs is one of the most intriguing fundamental questions from the day of alchemy. Here "chemical reactions" are defined as the process involving transitions from one stable state to the other in many-degrees of freedom Hamiltonian systems. Therefore, the theories and concept in chemical reactions has provided us with great insights in understanding rates in not just only chemical reactions but also, for example, ionization of a hydrogen atom in crossed electric and magnetic fields [1], isomerization of clusters [2], the escape of asteroids from Mars [3], and folding/unfolding of proteins [4] and so forth. However why can the system change from one stable state to the other? Surely, in the case of many-degrees of freedom Hamiltonian systems, the total energy of the system should be larger than the barrier height (the potential energy difference between the local minimum and the saddle point linking the two different minima) on that surface. However, this is just the necessary condition because even at the total energy higher than the saddle point energy, the system may go back to the state after wandering in the region of saddle from which it climbs. In other words, what origin differentiates the initial conditions which bring the system to the different state or not at the same total energy? So far, most of all chemical reaction theories regard reactions or conformation change of molecules as being governed by `casting a dice' (i.e., by chance on the potential surface). Recently we revealed using theories in nonlinear dynamics that a deterministic pathway to make the system climb through to the other state exists even in a sea of chaos in the `stochastic' process of an n-particle system [5,6]. Our findings indicate that nature may have, at least locally, known a priori the destination of reaction. Recently, we have generalized this theory to reactions in dissipative systems such as Langevin equation and developed the analytic tools [7,8] in single molecule spectroscopy, which are expected to enable us to address the question of what is the origin of robustness of functions of biological systems under thermal fluctuation.
[1] T. Uzer, C. Jaffe, J. Palacian, P. Yanguas, and S. Wiggins, Nonlinearity 15, 957 (2002).
[2] T. Komatsuzaki and R. S. Berry, J. Chem. Phys. 110, 9160 (1999).
[3] C. Jaffe, S.D. Ross, M.W. Lo, J. Marsden, D. Farrelly, and T. Uzer, Phys. Rev. Lett. 89, 011101 (2002).
[4] M. Karplus, J. Phys. Chem. B 104, 11 (2000).
[5] T. Komatsuzaki and R. S. Berry, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 98, 7666 (2001)
[6] C. B. Li, A. Shojiguchi, M. Toda, and T. Komatsuzaki Phys. Rev. Lett. 97, 028302 (2006)
[7] Akinori Baba and Tamiki Komatsuzaki , Proc. Natl. Acad. Sci. USA 104,19297 (2007).
[8] C. B. Li, H. Yang, and T. Komatsuzaki, Proc. Natl. Acad. Sci. USA,105, 536 (2008)

Monday, February 2nd, 11AM:
Cohérence et lumière partiellement polarisée

Philippe Réfrégier (Institut Fresnel, Marseille)

L'analyse de la cohérence des ondes partiellement polarisées constitue un champ de recherche très actif dans le cas de la théorie classique des ondes optiques. En particulier, et bien que cela puisse apparaître étonnant, il n'existe pas encore une unification des points de vues sur la définition de la cohérence et sur les paramètres qui permettent de la caractériser.
Nous présenterons dans cet exposé les fondements des discussions actuelles pour le non expert. Nous rappellerons les définitions de la cohérence proposée en 1963 par R.J. Glauber [1] dans le cadre de la théorie quantique des ondes optiques, celle défendue par E. Wolf [2] dans le cas classique ainsi que certaines théories [3-5] qui présentent differentes propriétés d'invariance. Nous discuterons enfin la théorie de la cohérence intrinsèque [6], en insistant sur les résultats récents qu'elle a permis d'obtenir. En particulier, les relations de cette approche avec les expériences d'interférence [7] seront discutées, ainsi que ses propriétés de symétrie [8], ses relations avec la théorie de l'information [9], sa capacité à démontrer l'existence de phénomènes irréversibles propres à la propriété de cohérence des ondes partiellement polarisées [10] ainsi que son approche unificatrice [11]. L'application de cette approche pour un problème de séparation de sources sera également évoquée [12].
Lors du séminaire, les différentes questions qui viennent d'être évoquées seront discutées en insistant sur les interprétations physiques et les conséquences expérimentales.
[1] R. J. Glauber, Phys. Rev., 130, p. 2529-2539, 1963.
[2] E. Wolf, Physics Letters A,312, p.263-267, 2003.
[3] J. Tervo, T. Setälä and A. T. Friberg, Opt. Express, 11, p.1137-1142, 2003 - J. Opt. Soc. Am. A, 21, p.2205-2215, 2004.
[4] F. Gori, M. Santarsiero, and Borghi R., Opt. Lett., 32, p. 588-590, 2007.
[5] R. Martinez-Herrero and P.M. Mejias, Opt. Lett., 32, p.1471?1473, 2007.
[6] Ph. Réfrégier and F. Goudail, Opt. Express,13, p. 6051-6060, 2005.
[7] Ph. Réfrégier and A. Roueff, Opt. Lett., 31, p. 1175-1177, 2006.- Opt. Lett., 31, p. 2827- 2829, 2006 - Opt. Lett., 32, pp. 1366-1368, 2007.
[8] Ph. Réfrégier, J. Math. Phys. 48, 033303, 2007.
[9] Ph. Réfrégier, Opt. Lett., 30, p. 3117-3119, 2005. Ph. Réfrégier and J. Morio, J.Opt. Soc. Am. A, 23, , p. 3036-3044, 2006.
[10] Ph. Réfrégier, Opt. Lett., 33, p. 636-638, 2008.
[11] Ph. Réfrégier, Opt. Lett., 33, p. 1551-1553, 2008.
[12] A. Roueff and Ph. Réfrégier, J.Opt. Soc. Am. A, 25, p. 838-845, 2008.

Monday, January 26th, 11AM:
Searching without gradients: olfactory searches and beyond

Massimo Vergassola (Institut Pasteur, Paris)

Animals sensing odors in air or water detect them only intermittently as patches of odor sweep by, carried by winds and currents. Searching for the source of odors, they must then devise a strategy of movement based upon sporadic cues and partial information. We discuss a search algorithm, infotaxis, designed to work under such conditions. The method chooses the path of decisions that locally maximize the expected rate of information gain and it is shown that this can play the same role as local concentration in bacterial chemotaxis. The resulting trajectories feature zigzagging and casting paths similar to those observed in flights of moths and birds. The proposed search algorithm is relevant to the design of olfactory robots with applications to detection of chemical leaks and explosives. The general idea of infotaxis can be applied more broadly in the context of searching with sparse information and provides a framework for quantitative understanding of the balance between the competing exploration and exploitation behaviors in learning processes.

Monday, January 19th, 11AM:
Nanoconfinement atomique et moléculaire sous contrainte

Alfonso San Miguel (LPMCN, Lyon)

Les nanocavités constituent un espace physique très bien adapté pour l?étude de la physicochimie à l?échelle atomique ou moléculaire. Les interactions entre la structure hôte et les espèces invités vont permettre la modification voir le contrôle des propriétés physiques du système. Notre intérêt s?est centré sur l?utilisation des fortes pressions comme un moyen permettant de moduler ces interactions, avec plusieurs objectifs : a) mieux comprendre la physicochimie des interactions hôte-invité b) utiliser ces interactions pour l?obtention de nouveaux matériaux c) ou comme moyen d?observation de l?évolution des nanostructures sous contrainte.
Je présenterais les études réalisées dans le cas des nanotubes de carbone, des fullerènes ou des structures de type clathrate. Ces études comprennent l?effet de la nanointercalation dans la compressibilité, dans la stabilité des structures, dans les propriétés de supraconductivité, la dynamique ou le transport électronique où nos expériences ont été souvent combinées avec des calculs ab initio.
Parmi les résultats les plus marquants je citerais : la découverte et l?étude des propriétés mécaniques remarquables des structures à base de nanocages de type clathrate, la compréhension des différentes étapes de déformation d?un fagot des nanotubes sous pression utilisant des fullerènes comme témoin, ou la déformation sous pression de la molécule la plus symétrique : le C60.

Monday, January 12th, 11AM:
Transition sol-gel de dispersions colloidales dipolaires

Jean-Pierre Hansen (Cambridge, U.K. et Université Pierre et Marie Curie, Paris)

De nombreuses études expérimentales et numériques récentes ont mis en évidence la gélation réversible de dispersions diluées de particules colloidales à interactions attractives à très courte portée. Cette gélation a beaucoup de points communs avec la transition vitreuse, mais pour des fractions d'empilement f beaucoup plus faibles que pour les verres (f<0.1, contre f>0.5). A partir de simulations détaillées de Dynamique Moléculaire (MD) nous montrons que des suspensions diluées de particules colloidales dipolaires (ferrofluides) légèrement allongées présentent une transition de percolation, suivie à plus basse température d'une transition de gélation caractérisée par un ralentissement dynamique prononcé. L'allongement des particules et des dipôles favorise la bifurcation des chaînes linéaires caractéristiques de l'assemblage des billes dipolaires sphériques. La gélation est caractérisée par un certain nombre de diagnostics structuraux, topologiques et dynamiques. En particulier nous introduisons un nouveau critère basé sur la caractéristique d'Euler de surfaces fermées. Nous examinons la relation possible entre la gélation réversible et la coexistence entre phases diluéé et concentrée de colloides dipolaires mise en évidence récemment.

Monday, December 15th, 11AM:
Effets nonlinéaires et stochastiques dans la modélisation de la phototransduction chez les invertébrés.

Alain Pumir (LP - ENS Lyon)

Les photorécepteurs chez la Drosophile sont capables de répondre à la stimulation d'un seul photon en générant un courant électrique transitoire, d'amplitude essentiellement constante ("Quantum Bump"). Le système a été étudié en grand détail : les molécules impliquées dans la cascade de transduction sont assez bien caractérisées, et les mesures quantitatives sur ce système permettent d'obtenir de nombreuses informations.
Dans ce contexte, il est opportun d'étudier comment le système fonctionne de manière globale. Un modèle quantitatif, permettant de comprendre comment la dynamique des "Quantum Bumps", en particulier dans ses aspects non-linéaires et stochastiques, sera formulé en analysé. Le modèle permet de reprdoduire de manière très quantitatives les propriétés du système, aussi bien pour le système dans l'état naturel ("wild-type") que pour différents mutants. Il permet de comprendre aussi bien les mécanismes de rétroaction (Calcium), que celui des fluctuations stochastiques, et de proposer un cadre cohérent pour prédire et analyser les expériences futures.
Collaboration avec J. Graves et R. Ranganathan, Dallas, USA et B. Shraiman, KITP, Santa Barbara, USA.

Monday, December 8th, 11AM:
Condensat de Bose Einstein et "laser" à atomes

David Guéry-Odelin (Université Paul Sabatier - Toulouse)

Ce séminaire porte sur des travaux expérimentaux réalisés avec des atomes froids en phase gazeuse et dans le régime de dégénérescence quantique. L'introduction portera sur l'émergence de la mécanique quantique à l'échelle macroscopique, et plus spécifiquement sur la condensation de Bose Einstein : comment obtient des températures de quelques nanoKelvins ? Dans quelle mesure les gaz d'atomes froids condensés sont proches du système physique imaginé initialement par Einstein ? Peut-on associer une onde de matière au gaz lui-même lorsqu'il est condensé ? ...
Le degré spectaculaire de contrôle acquis ces dernières années a permis la réalisation par deux équipes françaises de laser à atomes guidés. Nous ferons un bilan de ce domaine de recherche sur lequel nous travaillons depuis quelques années, avec les progrès sur les techniques de refroidissement de jet d'atomes froids guidés, et le découplage d'atomes dans des guides optiques à partir de condensat de Bose Einstein. Nous avons récemment portés nos efforts sur le développement de nouveaux outils relatifs à cette dernière technique. Nous avons ainsi pu réaliser des jets d'atomes guidés confinés transversalement et dans l'état d'énergie le plus bas. La propagation d'une onde de matière dans ce régime quasi-monomode réalise, dans une certaine mesure, l'équivalent d'une fibre optique monomode pour des ondes de matière. Nous essayerons de répondre à quelques questions : Comment contrôler le caractère multimode ou monomode du laser à atomes guidé ? Comment décrire l'interaction du laser à atomes avec des "défauts" contrôlés ? Je commenterai finalement quelques tentatives très récentes pour essayer de réaliser une séparatrice d'ondes de matière atomique, et les surprises expérimentales auxquelles nous avons été confrontées ...

Monday, December 1st, 11AM:
Exploring planetary interiors with a computer

Razvan Caracas (LST, ENS-Lyon)

Since long time ago physics was divided into experimental physics and theoretical physics. But during the last few decades, tremendous developments in algorithms and programming languages, extensive implementations and the exponential growth of computing power validated numerical physics as the third branch of physics. Today discoveries are not anymore exclusive to experiments or theory but they equally belong to numerical calculations.
Here I will show one aspect of numerical condensed-matter physics and how, starting from one equation, thoroughly implemented, we can go so far as to reaching a better understanding of the interior of the Earth or Jupiter.
The density-functional theory, which is the central theory behind these simulations, aims at determining the distribution of the electron density for a given atomic arrangement. The equations are fully self-consistent, derived from the Schrödinger equation. The solution requires as input only the type of atoms and their (initial) position in space; there is no experimental input needed whatsoever. From the electron density distribution and the value of the energy, by proper integrations and derivations eventually we obtain the physical properties of that atomic arrangement.
The applications of the density-functional theory range today from semiconductors to metals, from glasses to melts and fluids, from single molecules to clusters or from surfaces to extreme pressures and temperatures. And from all these endless possibilities I will show how we can use the theory to investigate the behavior of matter up to conditions that extend from ambient to well beyond experimental reach.
We will take a journey to the interior of the Earth investigating the different phase transitions and physical properties of the minerals constituting the bulk of the Earth; we will see how we can combine information from our simulations with data from highpressure experiments or from geophysical observations, to elucidate the internal structure and the composition of our planet. We will apply the same methodology to look inside other bodies from our solar system either made out of ice or of hot molecular fluids. And we will try to interpret astronomical observations from the surface of remote planets, comets or asteroids based on mineralogical knowledge and computer simulations.

Monday, November 24th, 10.30AM, salle des examens:

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*SOUTENANCE DE THESE*
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"bruit thermique et dissipation d'un microlevier"

Pierdomenico Paolino (Laboratoire de Physique, ENS-Lyon)

En microscopie à force atomique (AFM), l'étude des échantillons est réalisé à l'aide d'une pointe montée sur un microlevier. Le coeur de la technique est la mesure de la force d'interaction pointe-surface, directement proportionnelle à la déflexion du levier. Au delà du dispositif traditionnel de mesure de déflexion angulaire, nous avons conçu et réalisé un AFM avec une détection interférométrique différentielle (entre la base encastrée et l'extrémité libre du levier). La résolution ultime est de 10-14 m/Hz1/2 , la mesure est de plus intrinsèquement calibrée, indifférente aux dérives thermiques lentes et sans limitation de la plage d'amplitude de la déflexion.
Grâce à notre dispositif, nous mesurons le bruit thermique le long du levier. Une reconstruction de la forme spatiale des quatre premiers modes propres en flexion révèle un excellent accord avec le modèle de poutre de Euler-Bernoulli. Un ajustement simultané sur les quatre résonances thermiquement excitées est réalisé à l'aide d'un seul paramètre libre : la raideur du levier, qui est ainsi mesurée avec une grande précision et robustesse.
Les fluctuations thermiques de déflexion à basse fréquence démontrent qu'un modèle d’oscillateur harmonique avec dissipation visqueuse n’est plus pertinent hors résonance. De plus, on observe des différences substantielles entre les leviers avec et sans revêtement métallique. Pour ces derniers, l'approche hydrodynamique de Sader rend compte fidèlement du comportement des fluctuations en dessous de la résonance dans l'air. La présence du revêtement introduit une deuxième source de dissipation : la viscoélasticité. Elle se manifeste comme un bruit en 1/f à basse fréquence. Sous vide, ce phénomène explique à lui seul les spectres observés. Pour les mesures à pression atmosphérique il faut à nouveau intégrer au modèle la correction hydrodynamique de Sader.
L'utilisation du Théorème Fluctuation-Dissipation et des relations de Kramers-Kronig permettent une caractérisation complète de la réponse du levier à l'aide des spectres de fluctuations. Une estimation quantitative de la viscoélasticité et de sa dépendance en fréquence est notamment obtenue.

Monday, November 17th, 11AM:
Propagation des ondes dans les milieux désordonnés: des ultrasons aux ondes sismiques. Etude de la phase.

Domitille Menier (Laboratoire de Physique, ENS-Lyon)

Nous étudions théoriquement et expérimentalement la phase des ondes dans le régime de diffusion multiple. Le caractère aléatoire du champ dans ce régime a jusqu'à présent essentiellement conduit à la réalisation d'études basées sur la mesure de l'intensité moyenne et des corrélations du champ. Nous montrons que la phase peut être considérée comme un objet physique à part entière, intéressant pour la facilité de traitement, et la précision des résultats. Les distributions et les corrélations des fluctuations de phase sont calculées théoriquement dans l'hypothèse d'un champ scalaire gaussien, puis sont confrontées à l'expérience. Ces fonctions nous permettent de caractériser la dynamique d'une suspension de billes millimétriques par des ultrasons. D'autre part, en sismologie, la mesure du degré d'hétérogénéité des enveloppes superficielles de la Terre - indépendamment de l'absorption - est un enjeu crucial. A partir de la corrélation des fluctuations spatiales de la phase, nous obtenons une méthode directe de mesure du libre parcours moyen des ondes sismiques dans la croûte terrestre. Enfin, l'étude des fluctuations de charge topologique de la phase dans un speckle nous permet de proposer une méthode alternative de mesure du libre parcours moyen.

Monday, October 27th, 11AM, SALLE C023 (CECAM):
Dark matters

Joseph Silk
Savilian Professor, Oxford University et Dr. Honoris Causa, ENS-Lyon

The emergence of cosmic structure is studied by peering back through the mists of time to study the most remote objects in the universe as well as by deciphering the fossil structure of nearby galaxies. One of the greatest mysteries in the cosmos is that it is mostly dark. That is, not only is the night sky dark, but also most of the matter in the universe is dark. For every atom visible in planets, stars and galaxies today there exists at least five or six times as much ``Dark Matter'' in the universe. Astronomers and particle astrophysicists today are seeking to unravel the nature of this mysterious, but pervasive ``Dark Matter'', and determine whether it can ever be detected.

Monday, October 20th, 11AM:
Formation des étoiles et des planètes

Gilles Chabrier (CRAL, ENS-Lyon, Lyon)

La formation d'étoiles, de l'univers primordial à nos jours, détermine l'évolution énergétique, chimique et baryonique de l'univers. Par ailleurs, les 400 planètes extrasolaires découvertes à ce jour corroborent superbement la révolution copernicienne commencée il y a 5 siècles. Comprendre la formation des étoiles et des planètes représente actuellement un des principaux champs d'investigation de l'astrophysique du 21e siècle, tant sur le plan théorique qu'observationnel. Durant cet exposé, je décrirai notre compréhension actuelle de la formation d'étoiles, d'une part, et de planètes, d'autre part, depuis la physique de base jusqu'aux résultats les plus récents. Je m'attacherai plus particulièrement à décrire les rôles clés des propriétés ou processus physiques divers tels que turbulence, champ magnétique, thermodynamique de la matière dense, domaines étudiés au sein du laboratoire de physique de l'ENS-Lyon, dans la formation de ces objets.

Monday, 13th and Tuesday, 14th, October, 2008:

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** GDR PHENIX **
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Milieux Granulaires: Dynamique et Mécanique Statistique

Annonce

Monday, September 22nd, 11AM:
Atomes et cavités: « voir » autrement

Jean-Michel Raimond (LKB, ENS)

La détection de photons est habituellement un processus brutal, dans lequel les photons sont détruits, leur énergie étant convertie en un signal électrique ou chimique. En un mot, les photons meurent en délivrant leur message. Cette destruction n’est pas requise par la physique quantique, qui autorise des détecteurs transparents, enregistrant le passage d’un photon sans l’absorber. Nous avons réalisé cette mesure idéale pour un champ microonde stocké dans une cavité supraconductrice, sondé par des atomes de Rydberg circulaires. Nous avons observé la naissance, la vie et la mort de photons individuels, révélant pour la première fois les sauts quantiques de la lumière. Cette expérience illustre tous les postulats de base de la mesure quantique. Elle conduit aussi à la préparation et à la détermination complète d’états non-classiques du champ, dont nous pouvons étudier de manière très détaillée la décohérence à la limite classique/quantique.

Monday, June 30th, 11AM:
Topological constraints on polymer dynamics:
Slow viscoelastic relaxation and fast chromosome separation

Ralf Everaers (ENS-Lyon)

Monday, June 23rd, Salle des Thèses, 14h30:
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* SOUTENANCE DE THESE *
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Fluctuations statistiques dans les systèmes hors-équilibres

Sylvain Joubaud

Monday, June 23rd, 11AM:
"Site CultureSciences-Physique" // "Des lycéens à l'ENS Lyon"

C. Simand // N. Portier

Site CultureSciences-Physique
Le site CultureSciences-Physique fait partie d'un ensemble national de neuf sites disciplinaires, dédiés à la formation permanente des enseignants du secondaire et à l’accompagnement du renouvellement des programmes. Ils font l’objet d’une convention entre la DGESCO (la Direction Générale de l'Enseignement Scolaire), et les Ecoles normales supérieures qui en assurent la construction et la maintenance. Voir le portail commun de ces neufs sites sur le site ministériel Eduscol. Deux sites sont hébergés par l'ENS Lyon, au sein du service Pr@TIC : celui dédié à la géologie, Planet-Terre, depuis septembre 1999, et celui dédié à la physique, CultureSciences-Physique (CSP), depuis septembre 2002. Après un court historique, je vous présenterai un échantillon des ressources présentes sur le site, ainsi que des éléments sur son fonctionnement (site dynamique, requêtes à une base de données, indexation des ressources). Puis j'espère discuter avec vous des projets que nous pourrions lancer pour intensifier les échanges entre le laboratoire, les enseignements de physique et le site CSP.


Des lycéens à l'ENS Lyon.
Depuis un an, et pour encore deux ou trois ans, l'ENS Lyon est financée par la région pour faire venir des classes passer une journée à l'ENS Lyon. Je vous présenterai brièvement ce qui a été fait jusqu'à maintenant, et nous pourrons ensuite en discuter. J'espère en particulier pouvoir parler d'éventuelles expérimentations devant les classes, dans la veine de ce qui s'est fait en physique avec "des thésards dans les lycées", ou bien encore avant lorsque la fête de la science avait lieu dans nos locaux !

Monday, June 16th, 11AM:
Nonlinear flow phenomena in complex fluids -
from micellar and DNA solutions to polymers: experiment and theory

Shi-Qing Wang (Department of Polymer Science, University of Akron)

The modern investigation into nonlinear flow behavior of complex fluids began from exploring the nature of the shear thinning phenomenology. In a striking form wormlike micelles display perfect stress plateau [Rehage and Hoffmann (1991)] that reminded people of one feature of the original Doi-Edwards theory (1979). Potential coexistence of multiple local shear rates corresponding to the same shear stress naturally led to search for shear banding in entangled micellar solutions. Not surprisingly, wormlike micelles were indeed found to undergo shear stratification [Callaghan and coworkers (1996)]. In the subsequent ten years, shear banding has been reported numerous times for micelles [Manneville and coworkers (2003-present)]. Nobody suspected shear banding to be relevant for flow of polymers because micelles are capable of adjusting their length and breaking up in flow, quite unlike covalent-bonded linear polymeric chains. Theorists were busy revising the Doi-Edward theory to allow prediction of homogeneous shear as no shear banding were experimentally reported [Graham et al. (2003)].
In the past two years, we have gradually come to realize (Phys. Rev. Lett. 96, 016001, 196001; 97, 187801; 99, 237801) that entangled polymers must actually suffer cohesive solid-like breakdown either at the sample/wall interface or in the bulk before subsequent flow takes place [Macromol. Mater. Eng, 292, 15 (2007)]. This appears to be the case for both continuous and interrupted flows in either shear or in extension. In my presentation, I will describe the latest developments concerning why chain entanglement provides transient cohesion in polymeric liquids (including wormlike micelles) and how elastic yielding occurs during and after flow [J. Chem. Phys. 127, 06903-14 (2007)], including a number of new striking observations that have yet to be published. For example, we have identified several ways in which shear banding can be avoided, offering further insight about why it occurs. In short, the evidence from particle-tracking velocimetric (PTV) observations has increased our understanding and allowed to explore where and how cohesion arises in entangled polymers in quiescence and what determines their cohesive strength.
Note: Most of our PTV observations are available in various video formats, downloadable from http://www3.uakron.edu/rheology/. Also available for downloading are all recent papers (both published and unpublished) from the same website including one critical review on entanglement models – Macromolecules 2007, 40, 8684.

Monday, June 9th, 11AM:
Rotating a liquid suspended film

Reza Ejtehadi (Sharif University of Technology)

The effect of the electric field on liquid films has been studied widely, both in confined films between two transparent plates, and freely non-confined suspended films. In the latter case the field can produce electro-hydrodynamical flow in the films. I am going to report a purely electrically driven rotation in water and some other liquid suspended films with full control on the velocity and chirality of rotating vortices. The device, which is called "film motor" works perfectly with both DC and AC fields. Restricted to the time, I am also going to introduce some other researches in our soft matter group, focusing on simulations and theoretical works.

Monday, May 26th, 11AM:
Yearlong NIOZ-3 thermistor string data:
the movie from the deep ocean.

Hans Van Haren, Louis Gostiaux, Martin Laan (FYs & MTE, NIOZ, Pays Bas)

We present recent sets of results obtained with the new "NIOZ-3" high sampling rate thermistor string developed at the Royal Netherlands Institute for sea Research, which consists of 100 independent thermistors sampling temperature at 1 Hz with an accuracy of less than 0.001C. The resolution of this system, both in time and space, makes it a cutting-edge technology, and provide a new insight to the inner motions of the ocean, where temperature acts as a tracer of displacement.
The images of the water column show an extremely wide scale of details, from tidal (12.5 hours) to turbulent motions (1 s). In between one also finds internal wave motions at very different time and length scales. We will show "movies" of two different sets of data. The first one (19 days long) shows 50 meters of water above the seafloor on a flank of Great Meteor Seamount, with strong overtuning events that dominate sediment resuspension. The second one (530 days at 1 Hz also !) comes from the central part of the Canary Basin, far away from any topography, at intermediate depths between 1400 and 1500m. Internal wave motions are present all along the record, and interleaving associated with the Mediterranean Outflow is also visible.

Monday, May 19th, 11AM:
La dynamique du manteau et le début de la tectonique des plaques:
de la collection de timbres à la physique.

Francis Albarède (LST, ENS-Lyon)

Monday, May 5th, 11AM:
Wind-Blown Sand

Jim Jenkins (Cornell, NY)

First, I'll introduce two phase flow modeling for sand-air systems and discuss Favre averaging for turbulent flows of the mixture. Then, I'll describe turbulent suspension, saltation, and collisional suspension in the context of the mixture balance equations. I'll also outline the derivation of boundary conditions at the "top" of the flow and at the bed, in situations in which the bed can and can not relax between collisions. Finally, I'll show concentration and velocity profiles for saltation and collisional suspension and make some comparison with experiments.

Monday, April 28th, 11AM:
Jamming versus Glass transition

Jorge Kurchan (ESPCI, Paris)

Jamming and glass transitions are two phenomena whose mutual relation is not quite clear. The `jamming transiton' happens when a system of, say, hard frictionles spheres is rapidly compressed reaching an infinite pressure. This resulting packing is characterised by a diverging length and soft vibration modes, just as a critical point. At the bottom of this criticallity is the fact that when the system jams it does so under globally isostatic mechanical equilibrium.
On the other hand, the glass transition is also characterised by diverging dynamic (and presumably also static) lengths. It may happen at finite temperatures and pressures, and for soft potentials.
The question as to what, if any, is the relation between the two transitions has been difficult to answer due to a lack of situations where both sets of theories apply simultaneously. The point may be clarified by studying a model that posseses on the one hand a jamming transition with diverging lengths and soft modes, and on the other an ideal glass transition.

Monday, April 7th, 11AM:
Evaluation de l'énergie de systèmes délocalisés par des approches localisées

Vincent Robert (Laboratoire de chimie, ENS-Lyon)

Dans ce séminaire, nous discuterons quelques enjeux du chimiste théoricien, en particulier dans les problèmes de spectroscopie de systèmes fortement corrélés (systèmes magnétiques). Les approches basées sur la fonction d'onde semblent particulièrement bien adaptées à une compréhension des mécanismes sous-jacents et au paramétrage des interactions.
En partant de fonctions localisées N-électroniques construites sur les orbitales atomiques ou sur des orbitales moléculaires de fragments de taille variable, il est possible d'évaluer l'énergie de l'état fondamental de systèmes périodiques sans passer par les fonctions de Bloch. Pour les systèmes étendus, la méthode autocohérente proposée est basée sur une logique perturbative d'une fonction de référence. Après une présentation de la méthode, nous verrons comment différentes stratégies permettent d'évaluer quantitativement l'énergie de systèmes 1D (e.g polyacéthylène) ou 2D (e.g. graphite) en contrôlant la régionalité de la délocalisation. Il est possible en particulier de suivre la transition de Peierls et de reproduire avec précision et sans coût informatique les amplitudes de distortion et les énergies de stabilisation.

Monday, March 31st, 11AM:
Probing self organization in ants

Ernesto Altshuler
("Henri Poincaré" Group of Complex Systems, Universidad de la Habana, Cuba)

Ants are a paradigm of "global intelligence" where (typically) efficient solutions are reached based on simple, individual rules of beaviour through self-organization. Unfortunately, While many theoretical models inspired in the behaviour of ants have been reported, quantitative experiments are scarce. I give an overview of the main experimental results in the field, and explain in detail our own experiments on the escape of ants in panic from a room with two equivalent exits, resulting in a symmetry breaking of the escape dynamics. I also explain the functioning of "activity sensors" we have designed for quantifying the behaviour of moving ants in natural conditions. Some preliminary measurements are discussed, as well as the potential of the set up to probe some of the self-organized scenarios accounted in the introduction.

Monday, March 17th, 11AM:
Les nanotubes de carbone pour des fibres musclées et intelligentes

Philippe Poulin (CRPP, Bordeaux)

Les nanotubes de carbone sont des matériaux particulièrement prometteurs pour des applications dans divers domaines tels que les composites, l’électronique, le stockage ou la conversion d’énergie. Cependant, les nanotubes produits en masse se présentent sous forme d’une suie désorganisée. Il est nécessaire de les assembler et souvent de les orienter dans une direction privilégiée pour mettre leurs propriétés en exergue. C’est pourquoi de nombreux laboratoires développent des procédés de fabrication de fibres. Certains sont spécifiquement adaptés aux nanotubes alors que d’autres sont inspirés de procédés déjà utilisés pour les fibres polymères. Nous ferons une revue des travaux dans le domaine en soulignant les nouvelles propriétés résultantes de l’assemblage des nanotubes sous forme de fibres. Sur le plan mécanique, plusieurs groupes ont rapporté des énergies de rupture record. En revanche, les modules élastiques relativement faibles des fibres réalisées jusqu’à présent soulèvent encore des questions. Sur le plan électrique, les fibres de nanotubes présentent aussi des propriétés originales potentiellement utiles pour des capteurs ou actionneurs électro-mécaniques. Enfin nous soulignerons de nouvelles propriétés comme des effets de mémoire de forme et de température avec des contraintes générées très élevées.

Monday, March 10th, 11AM:
Nouvelles recentes de la vieille physique de la transition vitreuse

Ludovic Berthier

La physique de la transition vitreuse (c'est-a-dire le passage d'un etat liquide a un etat solide desordonne) a derriere elle plusieurs decades de recherches soutenues. Elle fait cependant encore parler d'elle. Une description microscopique de ce phenomene commence a emerger : on commence en effet a comprendre plus precisement comment bougent les molecules dans un liquide a l'approche de la transition vitreuse, et a etre capables de quantifier experimentalement ces mouvements "intermittents", "heterogenes" ou "cooperatifs". Je decrirai comment theories, simulations et experiences recentes ont abouti a ces progres, ainsi que les questions importantes qui semblent encore hors de notre portee.

Monday, March 3rd, 11AM:
Rôle des aspérites lors du frottement et application aux failles sismiques

François Renard

Depuis une dizaine d'années, des observations géophysiques ont montré que les grandes failles sismiques qui limitent les plaques de la croûte terrestres possèdent des propriétés de frottement intrigantes. Certaines failles suivent un comportement chargement-glissement, analogue au phénomène de "stick-slip" observé dans des expériences de frottement. D'autres failles glissent de manière stable, avec parfois des accélérations du glissement appelés séismes silencieux car aucune énergie n'est émise sous forme d'ondes élastiques. A l'aide d'expériences analogues au laboratoire qui utilisent un système de patin-ressort, je montrerai que ces deux comportements, glissement instable et glissement stable, sont la manifestation d'une transition contrôlée par la géométrie de l'interface qui glisse. La dynamique des aspérités de l'interface, qui se déforment avec le glissement et pendant les périodes de repos, apparait alors comme un processus crucial lors du cycle sismique.

Monday February 11th, 11AM:
Stratified Flows: From the Lab to the Ocean.

Tom Peacock (MIT)

We live in a stratified world; the density of the ocean increases with depth while that of the atmosphere decreases with height. Our research focuses on both fundamental and applied studies of stratified fluids, with particular consideration to ocean environments. Here, we present the latest results from two ongoing experiments. The first concerns the generation of internal waves by ocean ridges, and uses the latest experimental techniques to study dynamics at the Luzon Strait, which is the origin of some of the largest internal waves ever observed. The second concerns a remarkable new mechanism we have discovered for spontaneously propelling objects in stratified environments.

Monday, February 4th, 11AM:
Effets de mémoire dans la diffusion anormale
et dans la croissance d'interfaces

Alberto Rosso (LPTMS, Orsay)

Il est bien connu que la trajectoire d'une particule diffusive a les mêmes proprietés géométriques qu'une interface élastique soumises à des fluctuations thermiques. Nous considérons ici le cas d'une diffusion anormale, c'est-à-dire une marche aléatoire caractérisée par un déplacement quadratique moyen qui croît en loi de puissance du temps avec un exposant plus grand (superdiffusion) ou plus petit (subdiffusion) que un. La trajectoire de ces marcheurs a les mêmes propriétés géométriques que les interfaces fluctuantes avec une élasticité généralisée. Ces interfaces apparaissent dans différents systèmes physiques (ligne de contact, front de fracture, croissance des cristaux). La différence principale de ces processus généralisés consiste dans la perte du caractère markovien pour les marches aléatoires anormales et de la localité des interactions élastiques pour les interfaces. Ces effets de mémoire se manifestent dans les problèmes de premier passage et de conditions au bord. Nous discutons ici une partie de ces problèmes et des applications aux expériences et à l'analyse de données numériques.

Monday, January 28th, 11AM:
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Etienne Guyon (ESPCI)

L’influence de Pierre Gilles de Gennes sur la recherche à l’ESPCI , pendant près de 30 ans, a été considérable même si sa recherche propre s’est déroulée au Collège de France voisin puis à l’Institut Curie. Ceci s’est traduit par ses nombreuses initiatives dans les actions de formation par la recherche dans l’Ecole et de diffusion des savoirs . Mais on peut retrouver dans les activités des laboratoires de physique et chimie et, plus récemment de biologie, son empreinte ainsi que l’ impact direct de ses travaux dans les divers domaines où il a laissé sa marque. Nous retrouverons, en visitant quelques recherches des laboratoires PC, cette présence scientifique de Pierre Gilles ainsi que la puissance et la permanence des idées qu’il y a propagées sur des sujets très différents de la matière condensée avec quelques composantes permanentes : les phénomènes critiques et les fluctuations géantes , la physicochimie et les nombreux exemples de la matière molle, les effets du désordre de la matière, les propriétés aux voisinage d’interfaces ou dans des géométries confinées…

Monday, January 21st, 11AM:
Force générée par la polymérisation d’actines.

Jean Baudry (ESPCI)

La polymérisation de monomères d’actine en filaments peut être vu comme un moteur, par exemple quand elle est responsable de la motilité cellulaire. La question qui nous a intéressée est de comprendre comment l’énergie chimique associée à la polymérisation est convertie en travail mécanique.
Après avoir introduit la physico-chimie de la polymérisation de l’actine, je décrirai comment nous avons caractérisé ce système à l’aide de colloïdes magnétiques. Il s’agit principalement de mesurer la vitesse de croissance de quelques filaments en fonction de la force appliquée. Cette caractérisation permet de tester les différents modèles de croissance proposés dans la littérature, et notamment de comprendre comment plusieurs filaments poussent ensemble.

Monday, January 14th:
Cooperative lengthscales in glass-formers

Jean-Philippe Bouchaud (SPEC & CFM, Saclay)

Glasses are often described as a genuine state of matter. The aim of this talk is to briefly review several ideas, old and new, about what makes glasses so special as a state of matter: glasses are liquids that do not flow, characterized by increasingly cooperative dynamics.

Monday, January 7th, 11AM:
Free

Monday, December 17th, 11AM:
De la théorie de la rigidité
à l'étude des votes du Sénat américain

Julien Barre
Laboratoire J.A. Dieudonné, Université de Nice Sophia-Antipolis

De façon très simplifiée, l'idée générale de la théorie de la rigidité s'énonce de la façon suivante : si un système a plus de contraintes que de degrés de liberté, il est rigide; sinon, il est déformable. Ou encore : si je résoud un système avec plus d'équations que d'inconnues, je dois réussir a calculer toutes les inconnues; sinon, il y a des indéterminations. Mais que se passe-t-il si les relations entre inconnues ne sont plus des équations, mais des corrélations probabilistes ? Que devient cette transition entre "déformable" et "rigide" ? J'utiliserai des méthodes de physique des systèmes désordonnés pour préciser ces questions et y répondre sur un modèle simple, et illustrerai la théorie par l'étude des votes du Sénat américain : connaissant quelques votes de chaque sénateur, peut-on les séparer entre républicains et démocrates ?

Monday, December 10th, 11AM:
ANNULÉ, déplacé au 28 janvier 2008.

Etienne Guyon (ESPCI)

Monday, December 3rd, 11AM:
Supersolides: élasticité et superfluidité ?

Christophe Josserand

Depuis la mesure par Kim et Chan en 2004 d'un moment d'inertie non classique dans l'Hélium solide à très basse température, la possibilité de l'existence d'un état supersolide est (re-)devenue d'actualité. Depuis les années 60 environ, l'observation d'un état collectif superfluide dans les solides à basses températures avait en effet toujours échoué. La description théorique d'un tel état reste d'ailleurs toujours sujette à de nombreuses interrogations. Après une présentation des différentes expériences et théories développées autour des supersolides, je discuterai d'un modèle de solide quantique déduit des modèles classiques de superfluides (Eq. de gross-Pitaevskii). On obtient alors un solide "classique" élastique qui présente par ailleurs des propriétes superfluides.

Monday, November 26th, 11AM:
ANNULÉ Nouvelles recentes de la vieille physique de la transition vitreuse

Ludovic Berthier
Laboratoire des Colloides, Verres et Nanomateriaux, Universite Montpellier II

La physique de la transition vitreuse (c'est-a-dire le passage d'un etat liquide a un etat solide desordonne) a derriere elle plusieurs decades de recherches soutenues. Elle fait cependant encore parler d'elle. Une description microscopique de ce phenomene commence a emerger : on commence en effet a comprendre plus precisement comment bougent les molecules dans un liquide a l'approche de la transition vitreuse, et a etre capables de quantifier experimentalement ces mouvements "intermittents", "heterogenes" ou "cooperatifs". Je decrirai comment theories, simulations et experiences recentes ont abouti a ces progres, ainsi que les questions importantes qui semblent encore hors de notre portee.

Monday, November 19th, 11AM:
ANNULÉ

Monday, November 12th, 11AM:
Problèmes d’inversion sismique:
“spiky deconvolution vs non-spiky deconvolution”

Beatrice Vedel (LAMFA, Université de Picardie)

[abstract]

Monday, November 5th, 14h30, salle des thèses:

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* SOUTENANCE DE HDR *
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Les modes normaux de basse fréquence des protéines
par
Yves-Henri Sanejouand

Les mouvements de basse fréquence des protéines, tels qu'on peut les calculer via l'approximation des petits déplacements (approximation harmonique), ressemblent souvent beaucoup à leurs mouvements fonctionnels, tels qu'on peut les observer par cristallographie des rayons X. Ce résultat semble très robuste puisqu'il a été obtenu, tout d'abord, en partant d'une description des protéines à l'échelle atomique puis, plus récemment, en partant de descriptions à "gros grains" (des modèles de type réseau élastique). Partant de ce constat, des applications ont été proposées, notamment pour faciliter la résolution de structures ou pour améliorer leur qualité (ajustement dans des enveloppes obtenues par cryomicroscopie électronique, remplacement moléculaire...). Je ferai une revue des résultats obtenus, dans laquelle mes contributions seront plus particulièrement mises en avant. Parmi les développements les plus récents, seront évoquées des tentatives de faire le lien entre modèles à l'échelle atomique et modèles à gros grains, ou bien de complexifier ces derniers, en y incluant des termes anharmoniques.

Monday, October 22nd, 11AM:
Fluctuations et Grandes Déviations dans les Systèmes Hors d'Equilibre

Bernard Derrida (LPS, ENS, Paris)

Le but de cet exposé sera de montrer, à partir d'exemples exactement solubles, comment les propriétés des états stationnaires de systèmes hors d'équilibre diffèrent de celles de systèmes à l'équilibre: corrélations à longue portée, transitions de phases à une dimension, fluctuations non gaussiennes de densité Il montrera également comment calculer les fluctuations et les fonctions de grandes déviations du courant pour des systèmes diffusifs, et donnera une liste de quelques problèmes non résolus.

Monday, October 15th, 11AM:
Phases topologiques et la transition de Kasteleyn

Peter Holdsworth (Laboratoire de Physique, ENS-Lyon)

La glace, comme son analogue magnétique le « spin ice », conserve une très grande entropie jusqu'aux plus basses températures. Malgré cette forte dégénérescence et son désordre sous-jacent, les contraintes « topologiques » associées aux états de basse énergie donnent lieu à de fortes corrélations et à des interactions effectives à longue portée. Les contraintes sont relaxées à haute température par la génération de défauts topologiques rassemblant des monopoles magnétiques. En présence de champ, le système s'ordonne de façon singulière en subissant une transition dite de Kasteleyn. Nous avons étudié cette transition numériquement, en utilisant un algorithme non local adapté aux contraintes, et analytiquement par calcul sur un arbre. Dans ce séminaire, je passerai en revue la physique de ces phénomènes en l'illustrant d'expériences de magnétisme frustré et de matière molle sur les membranes lipidiques.

Monday, October 8th, 11AM:
De l’océan au laboratoire :
histoire d’une série d’expériences en acoustique sous-marine.

Philippe Roux
(LGIT- Maison des Géosciences, Grenoble)

Philippe Roux est un Charge de Recherche qui a passe plusieurs annees (2002-2005) au Scripps Institute of Oceanography (San Diego). Durant ces trois années, il a combine son experience d’expérimentateur en acoustique ultrasonore avec des travaux de recherche en acoustique sous-marine. De retour au LGIT (Grenoble), son but est toujours de développer des études à petites échelles en amont de projets à grandes échelles. La petite échelle est celle d'un guide d’onde ultrasonore d’un metre de longueur a des fréquences de l’ordre du MHz. La grande échelle est celle de l'océan. Les campagnes en mer coûtant très cher, rien n'est fait sans une préparation au préalable à base de simulations numériques. L’idée est d'ajouter à ces études numériques des résultats expérimentaux à petites échelles en profitant de la facilité d’emploi des réseaux de transducteurs ultrasonores en cuve.
Parallelement a ces travaux a echelle reduite, l'acquisition de la fonction de transfert d’un guide d'onde acoustique a été effectuée en mer par le Marine Physical Laboratory à San Diego entre un réseau de sources et un réseau d'hydrophones couvrant partiellement la hauteur d'eau. Durant ces expériences, 29 transducteurs sources et 32 hydrophones ont été placés à 5 ou 10 km de distance dans un chenal acoustique de 115 m de profondeur. L'acquisition de la matrice de Green entre chaque couple émetteur-récepteur a été réalisée toutes les 20s pendant plusieurs heures dans la bande de fréquence 3-4khz.
L’idee du seminaire est de decrire les allers-retours entre grande echelle et petite echelle et de demontrer la complementarite de ces approches experimentales.

Monday, October 1st, 11AM:
La théorie des grandes déviations:
un langage mathématique pour la mécanique statistique

Hugo Touchette
(School of Mathematical Sciences Queen Mary, University of London).

La théorie des grandes déviations s'intéresse aux événements rares de processus stochastiques ayant une probabilité exponentiellement faible de se réaliser. La théorie, vue par un physicien, s'apparente à de nombreux résultats de la mécanique statistique, et peut être même perçue comme une généralisation de la théorie des fluctuations thermodynamiques d'Einstein, des méthodes de l'ensemble canonique de Gibbs et du principe d'entropie maximum de Jaynes.

Mon but dans cet exposé sera d'étayer ce point vue. L'exposé débutera par un survol des résultats les plus importants de la théorie des grandes déviations, et se terminera par une discussion de quelques applications physiques de ces résultats portant sur les systèmes à l'équilibre et hors d'équilibre.

Monday, September 24th, 11AM:
Mélange chaotique dans un écoulement de Hele-Shaw :
application à l’hybridation des puces à ADN.

Florence Raynal (LMFA, Ecole Centrale, Lyon)

Une puce à ADN est composée d’un réseau de monobrins d’ADN fixés sur une surface solide. Son principe de fonctionnement repose sur le phénomène d’hybridation : lorsque la puce est exposée à une solution contenant des monobrins d’ADN libres (cibles), ces derniers ont tendance à s’hybrider avec leurs sondes complémentaires. Il est donc très important de s’assurer qu’une cible donnée visite la totalité de la surface de la puce en un temps raisonnable, ce qui peut être réalisé grâce au mélange "par advection chaotique".
Dans un premier temps seront rappelés les principes du chaos Hamiltonien, en particulier leur application directe au mélange dans les écoulements plans. Puis il sera expliqué comment nous avons, par des études numériques, théoriques et expérimentales, appliqué ces principes à la technologie des puces à ADN pour proposer un mélangeur adapté. Enfin, nous présenterons les résultats obtenus avec un prototype de micro-mélangeur, le Rosamix, qui montrent une nette amélioreration de la sensibilité et la fiabilité des puces à ADN par rapport aux méthodes classiques.

Monday, September 17th, 11AM:
The Karlsruhe dynamo.

Andreas Tilgner (U. Gottingen)

Most celestial bodies (the sun, most planets, stars and galaxies) generate a large scale magnetic field by converting mechanical into magnetic energy. In such a ``dynamo process'' electric currents are generated inside a moving conductor which in turn create a magnetic field. In commercial dynamos in use in cars or on bicycles, these currents flow inside especially designed coils. In the earth however, the currents responsible for the magnetic field flow in the liquid conductor (mostly iron) constituting the core, which is spherical, devoid of electric structure and acts like a massive short circuit. It was therefore disputed until the late 1950's whether the earth is capable of dynamo action. Doubts have been removed on a theoretical basis and an experiment built in Karlsruhe has demonstrated the dynamo effect on a laboratory scale with a flow qualitatively resembling the flow believed to exist in the core.
The onset of dynamo action in this experiment is well understood. Measurements of dissipation allow us to improve our estimate of the power requirements of the geodynamo. Open issues remain concerning the saturation mechanism and the time dynamics of the magnetic field. This talk will concentrate on numerical simulations and theoretical aspects connected with the Karlsruhe experiment.

Monday, September 10th, 11PM:
Some simple models of classical heat and particle pumps

Rahul Marathe (Raman Institute in Bangalore)

Monday, July 16th, 11AM:
Reorganization of a packing of disks previous to the avalanche

M A Aguirre (Grupo de Medios Porosos, UBA, Argentina)

Monday, July 9th, 11AM:
Protein as model colloid or the physics of dynamical arrest

T. Gibaud (Department of Physics, University of Fribourg)

[abstract]

Monday, July 2nd, 11AM:
Granular flows applied to underground mining.

F. Vivanco (USACH, Chile)

Tuesday, June 26th, 14h00, salle des thèses:

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* SOUTENANCE DE THESE *
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Croissance de fissures : de la fragilité à la complexité
par
Pierre-Philippe Cortet

Monday, June 25th, 11AM:
Paysages d'energie potentielle complexes: de la structure a la dynamique

Florent Calvo (LASIM, Université Claude Bernard Lyon I)

La notion theorique de paysage d'energie a ete introduite dans divers domaines de la physico-chimie pour exprimer l'emergence de proprietes statistiques, a l'equilibre ou en-dehors, a partir des interactions moleculaires. La complexite d'un paysage traduit ainsi la difficulte que peut avoir un systeme a trouver sa forme stable, notamment pour une molecule biologique ou un verre. Nous illustrerons sur divers exemples empruntes aux agregats atomiques et moleculaires ainsi qu'a des modeles simplifies de proteines ou de verres structuraux comment se manifeste cette complexite sur la structure stable, la thermodynamique a l'equilibre ou la dynamique de relaxation. Nous employerons a cet effet diverses approches par simulation numerique, principalement de type Monte Carlo, mais aussi des methodes basees sur la discretisation du paysage d'energie en ses structures inherentes.

Monday, June 18th, 11AM:
Quelques aspects de la compaction des milieux granulaires

Patrick Richard (GMCM, Université de Rennes)

Soumis à des oscillations mécaniques de faible amplitude, un milieu granulaire peut se compacter lentement. Ce phénomène, la compaction granulaire, présente de nombreuses analogies avec les relaxations observées dans des systèmes vitreux. En effet, dans toutes ces situations, un système hors équilibre évolue lentement vers l?équilibre. Evidemment, dans le cas des milieux granulaires, l?agitation mécanique joue le rôle de l?énergie thermique.
Après une revue rapide de ce sujet de recherche, je présenterai une étude portant sur la détermination expérimentale de la compactivité, quantité « thermodynamique » équivalente à la température configurationnelle. Par la suite, une étude numérique et expérimentale portant sur les déplacements des grains sera présentée. Elle montrera la présence de déplacements de grande amplitude qui, bien que sporadiques, ont une grande influence sur la dynamique macroscopique du système.

Jeudi 14 et vendredi 15 juin.

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* JOURNEES DES THESARDS *

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[programme]


Monday, June 11th, 11AM:
A Multiscale Method for Phase Transforming Materials

Ellad Tadmor (Aerospace Engineering and Mechanics, University of Minnesota)

The quasicontinuum (QC) method is a multiscale method coupling atomistic regions with a surrounding continuum modeled within a nonlinear finite element formulation. Cauchy-Born (CB) kinematics is used in continuum regions to relate atomic motions to continuum deformation gradients. To avoid failures of the CB kinematics, QC is augmented with a phonon stability analysis that detects lattice period extensions and identifies the minimum required periodic cell size. This augmented approach is referred to as "Cascading Cauchy-Born kinematics". The method is analyzed for both first- and second-order phase transformations, and demonstrated numerically on a one-dimensional test problem. Extension to higher dimensions is straightforward and is currently being pursued.

Monday, June 4th, 11AM:
Dynamique du cytosquelette: role des processus actifs (dépendants de l'ATP)

Gladys Massiera (LCVN Montpellier)

Monday, May 28th, 11AM:
Free

Monday, May 21st, 11AM:
Mélange et entrainement dans un écoulement gravitaire océanique

P. Odier (ENS-Lyon)

Les processus de mélange et d'entraînement ayant lieu dans les écoulements gravitaires océaniques, comme par exemple dans le Détroit du Danemark,, affectent de manière globale la circulation thermohaline. La résolution spatiale limitée des simulations climatiques impose de modéliser correctement la dynamique à petite échelle. Nous avons construit un dispositif (Oceanic Overflow Facility) permettant l'étude d'un courant de gravité s'écoulant le long d'un plan incliné dans un mileu ambiant statique. Pour les faibles valeurs du nombre de Richardson, le cisaillement domine l'effet stabilisant de la stratification et l'écoulement devient instable, conduisant à un mélange turbulent. De plus, le taux de turbulence est augmenté grâce à un système de grilles actives. Les champs de vitesse et de densité sont mesurés par des techniques de PIV et de LIF respectivement. Nous pouvons ainsi caractériser les propriétés statistiques du mélange. Une paramétrisation précise du mélange et de l'entrainement du fluide ambiant par le courant constitueront des apports importants pour les modèles de circulation océanique.

Monday, May 14th, 11AM:
Gélification, formation du réseau et séparation de phase dans les suspensions colloïdales.

E. Del Gado (Polymer physics Institute, Department of Materials, ETH Zürich)

Dans les gels colloïdaux, le rapport entre leur dynamique complexe et le réseau interconnecté qui caractérise la structure n’a pas encore été établi. Des résultats d’expériences récentes suggèrent que différentes mécanismes pourraient intervenir au niveau microscopique, qui ne sont pas encore compris. D’ailleurs, dans les suspensions colloïdales à faible fraction volumique la thermodynamique sous-jacente peut jouer un rôle important dans la formation du gel à travers notamment des processus de séparation de phase ou de formation de microphases. Je présenterai des développements récents dans ce domain, à partir d’ études de dynamique moléculaire pour des systèmes modèles. En particulier, je considérerai le cas des suspensions colloïdales présentant des interactions attractives et répulsive en compétition, pour lesquelles la gélification est associée à la formation de microphases [1]. Dans une approche différente, je décrirai un modèle dans lequel des interactions directionnels conduisent à la formation d’un réseau gel persistent à des temperatures suffisamment lointaines de celle liée à la la séparation de phase [2]. Dans ce cas, nos résultats montrent que la formation du gel (i.e. le début de la réponse élastique dans le système) est responsable de la présence de processus de relaxations microscopique très différents: dans le gel qui se forme, la relaxation aux grands vecteurs d’onde est due aux mouvements coopératifs et rapides de parties de la structure du gel, tandis qu’aux faibles vecteurs d’onde les réarrangements globaux de la structure hétérogène du gel vont conduire à des relaxations suivant des lois exponentielles étirées.

[1] A. de Candia, E. Del Gado, A. Fierro, N. Sator, M. Tarzia and A. Coniglio, Phys. Rev. E 74, 010403(R) (2006)
[2] E. Del Gado and W. Kob, Europhys. Lett. 72 (2005) 1032; Phys. Rev. Lett. 98, 028303.

Friday, May 11th, 11AM:
Contrôle des fluctuations temporelles
dans le cycle cellulaire de la levure S.Cerevisiae

Gilles Charvin (The Rockefeller University, New York, NY, USA)

Le cycle cellulaire de la levure est piloté par un réseau génétique complexe. Les larges transformations morphologiques et la nature stochastique des événements qui se déroulent durant le cycle introduisent une grande variabilité temporelle. Dans ce contexte, comment la cellule assure-t-elle la cohérence et la robustesse du cycle ?
Le déclenchement de l’activation (ou ‘Start’) d’un nouveau cycle de division en phase G1 est un bon exemple d’un système génétique relativement simple mais dont la dynamique temporelle reste mal comprise. Nous avons développé une dispositif utilisant une cellule microfluidique qui permet d’induire de manière transitoire et contrôlée l’expression d’un gène donné tout en suivant la croissance de cellules de levures sur plus de 8 générations. A l’aide d’une impulsion variable de cycline (CLN2), nous avons montré que la transition G1/S se produit de manière très abrupte et irréversible, ce qui suppose l’existence d’un mécanisme de réponse ultrasensitif que nous essayons de caractériser.
En effectuant des implusions brèves et périodiques de cyclines, nous avons réussi à entraîner le cycle cellulaire sur un signal extérieur, induisant ainsi la synchronisation des cellules (« phase locking ») . Au-delà de l’intérêt technique, ces expériences permettent de sonder la plasticité de l’oscillateur qui gouverne le cycle cellulaire et de mieux comprendre le mécanisme qui coordonne croissance et division.

Friday, May 11th, 9:30AM, salle des thèses:

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* SOUTENANCE DE THESE *
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Modelling DNA Hairpins
par
Jalal Errami

Monday, May 7th, 11AM:
Dynamique des milieux granulaires sous écoulement

Yacine Amarouchene (CPMOH, Bordeaux)

Les milieux granulaires peuvent présenter des propriétés analogues à celles de fluides auxquels on attribue aujourd'hui une dynamique complexe inédite. Une telle complexité est essentiellement due à la nature intrinsèquement "hors équilibre" de ces fluides. Ainsi, et contrairement à leurs homologues moléculaires, l'agitation moléculaire ne joue aucun rôle et les processus de "thermalisation" se font par des biais totalement nouveaux. Bien que de nombreux travaux mettent en avant la pertinence des approches héritées des théories cinétiques, les interactions interparticulaires induites par l'inélasticité des collisions et la friction entre grains continuent de poser de sérieux problèmes à une description en terme de continuum hydrodynamique. Ainsi, les milieux granulaires peuvent présenter des propriétés originales telles que des distributions de vitesse non gaussiennes et de nombreuses propriétés collectives étonnantes (phénomènes de segregagtion, de clustering, de formation de patterns...).
Nous aborderons au cours de ce séminaire, à travers diverses petites expériences diverses facettes des milieux granulaires sous écoulement habituellement observées uniquement sous conditions extrêmes dans les fluides moléculaires. En particulier nous montrerons comment la formation d'ondes de chocs et de cônes de Mach permettent de remonter à la vitesse du son dans ces milieux. L'équivalent "granulaire" du ressaut hydraulique sera également présenté...

Monday, April 23rd, 11AM:
Mécanique statistique et écoulement turbulent

R. Monchaux (CEA, Saclay)

Une question non résolue de la physique statistique est de savoir si certains systèmes hors équilibre partagent des propriétés avec les états d'équilibre classiques. La turbulence est un bon cadre pour étudier cette question. En effet, les écoulements incompressibles soumis à un forçage statistiquement stationnaire atteignent en général une sorte d'état d'équilibre (au sens statistique), indépendant des conditions initiales. Depuis Onsager, on rêve de décrire la turbulence à l'aide d'outils issus de la mécanique statistique. En 2D, les équilibres des équations de Navier-Stokes ont été classifiés à l'aide de principes de mécanique statistique par Robert et al. Dès progrès plus récents ont été faits dans l'étude des écoulements axisymétriques (une situation intermédiaire entre 2D et 3D) par Leprovost et al.. Nous présentons des résultats obtenus dans le cadre d'un écoulement de von Kármán.

A yet unanswered question in statistical physics is whether stationary out-of- equilibrium systems share any resemblance with classical equilibrium systems. A good paradigm to explore this question is offered by turbulent flows. Incom- pressible flows subject to statistically stationary forcing generally reach a kind of equilibrium (in the statistical sense), independent of the initial conditions. Description of turbulence with tools borrowed from statistical mechanics is a long-standing dream, starting with Onsager. In 2D, equilibrium states of the Navier-Stokes equations have been classified through statistical mechan- ics principle by Robert and his collaborators. More recent advances have been recently made for 3D axisymmetric flows (an intermediate situation be- tween 2D and 3D) by Leprovost et al. We present results obtained in the framework of a von Kármán flow.

Friday, April 20th, 11AM.
Dynamical Stabilization in Bose-Einstein Condensates.

Roberto André Kraenkel (Instituto de Física Teórica -- UNESP)

In this talk we review the idea of dynamical stabilization through parametric forcing of nonlinear systems. We proceed by examples, beginning with an inverted pendulum with an oscillating basis. Next, we make a general introduction to the dynamics of attractive Bose-Einstein Condensates in pancake-like traps and discuss their stabilization by means of nonlinearity management.

Monday, April 16th, 11AM:
Dynamique Lagrangienne et géométrie statistique en turbulence des fluides : un mécanisme pour l’intermittence

Laurent Chevillard
(Department of Mechanical Engineering, Johns Hopkins University)

La topologie, ou géométrie, locale d’un écoulement turbulent tridimensionnel peut être étudiée au travers du tenseur complet des gradients de vitesse. Nous présenterons tout d'abord une analyse statistique appropriée prenant en compte le caractère 3D (forme de "perle" ou "larme" de la probabilité conjointe des invariants R et Q, propriétés d'alignement préférentiel de la vorticité) de champs vectoriels de vitesse obtenus expérimentalement (PIV, HPIV, suivi lagrangien) et numériquement (Simulation Numérique Directe). Ensuite, un modèle stochastique régissant l'évolution temporelle de ce tenseur le long d'une trajectoire Lagrangienne sera proposé. Dérivé des équations de Navier-Stokes, le terme d'auto étirement, responsable notamment des mécanismes d'étirements de la vorticité, est pris en compte de manière exacte. La fermeture des termes de pression et de viscosité fait appel à la déformation locale subit par la particule fluide. La dynamique précédente est forcée à l'aide d’un simple bruit Gaussien et reproduit non seulement les nombreuses propriétés géométriques et statistiques précédemment évoquées, mais aussi le caractère non gaussien et le comportement intermittent des gradients longitudinaux et transverses de vitesse. Les prédictions pour l'intermittence de la dissipation seront également discutées.

Monday, March 26th, 11AM:
Localisation de Anderson de la lumière

Sergey Skipetrov (LPMMC, Grenoble)

Dans un milieu désordonné la propagation d'une onde peut être bloquée si le désordre est suffisamment fort. Ce phénomène est commun aux ondes « quantiques » (électrons dans un solide à basse température, par exemple) et « classiques » (ondes électromagnétiques – la lumière en particulier, – acoustiques ou autres). Il a été découvert par P. Anderson il y a 50 ans. Dans le contexte de la physique du solide, la localisation d'Anderson est à l'origine de la transition métal-isolant et elle a été largement étudiée dans les années qui ont suivi sa découverte. Malheureusement, il se trouve que la localisation due au désordre est masquée par d'autres phénomènes (interactions électron-électron et électron-phonon) et les conditions nécessaires pour son observation (basses températures, échantillons de petite taille) sont difficiles à atteindre. D'où l'idée d'étudier ce phénomène en utilisant la lumière car les photons n'interagissent pas entre eux et les expériences peuvent être effectuées à température ambiante. Dans le domaine d'optique, on contrôle beaucoup mieux les paramètres expérimentaux et de nouvelles expériences – impossibles dans le domaine de la physique du solide – sont envisageables. Toutefois, de nouvelles complications (par exemple, celles liées à la non conservation du nombre de photons, c'est-à-dire à l'absorption) apparaissent. Le but de cet exposé est de donner une vue générale de l'état actuel de recherche dans ce domaine et de discuter les pistes de son développement dans les années à venir.

Monday, March 19th, 11AM:
Multiscale reconstruction of time series in turbulent flows

J. Peinke (Oldenburg Universität)

Monday, March 12th, 11AM:
Origami capillaire

J. Bico (PMMH)

Monday, March 5th, 11AM:
Dynamique spatialement et temporellement hétérogène
dans la relaxation lente de la matière molle vitreuse.

Agnes Duri (GDPC, Montpellier)

Friday, March 2nd, 11AM, room 118:
Simulation de la dynamique de particules en turbulence

A. Naso (University of Twente)

Monday, February 26th, 11AM:
Une rhéologie pour les écoulements granulaires denses ?

P. Jop (ENS-Lyon)

Monday, February 12th, 11AM:
De la dynamique vitreuse au mouvement collectif d'animaux :
caractérisation statistique des états hors d'équilibre

Eric Bertin (Laboratoire de Physique, ENS-Lyon)

Certaines questions fondamentales restent encore largement ouvertes en physique statistique des systèmes hors d'équilibre, à savoir notamment : quels sont les paramètres macroscopiques pertinents pour décrire ces systèmes, comment caractériser les fluctuations (souvent non gaussiennes) des grandeurs globales autour de leur valeur moyenne, ou encore comment se développent les corrélations spatio-temporelles dont le rôle est en général essentiel pour décrire les phénomènes observés ?

Ce séminaire tentera de présenter quelques réponses à ces questions sur la base de modèles théoriques représentant des phénomènes très divers, allant de la dynamique lente des matériaux vitreux aux mouvement collectif spontané de troupeaux d'animaux ou de bactéries, en passant par les phénomènes de cascade d'énergie à travers les échelles dans les systèmes dissipatifs.

Monday, February 5th, 11AM:
Les adhésifs, une question de temps.

Cyprien Gay (CRPP, Bordeaux)

Les adhésifs doivent répondre à des sollicitations contradictoires : déformables pour adhérer, résistants lorsqu'on tire. Nous cheminerons parmi les propriétés rhéologiques de ces matériaux, en passant par les mécanismes à l'oeuvre lors du décollement : cavitation et fracture. Nous décrirons en particulier nos expériences sur des liquides visqueux et sur les effets cinétiques pour ces mécanismes.
Nous discuterons les critères de leur déclenchement et les conséquences des propriétés rhéologiques sur l'ensemble du décollement de l'adhésif.

Pour en savoir plus, suivez-vous les liens ci-dessous :
Qu'est-ce qu'un adhésif ?
Adhésion : quels mécanismes ?

Monday, January 29th, 11AM:
Détecteurs cryogéniques, de la matière sombre à la rupture de matériaux

P. Di Stefano

Le problème de la matière sombre, à savoir que la majorité de la masse de l'Univers n'apparaît que par ses effets gravitationnels, remonte à 1933. Depuis une vingtaine d'années, des expériences cherchent les WIMPs, de nouvelles particules qui pourraient résoudre cette énigme. Les expériences les plus performantes à ce jour utilisent des détecteurs cryogéniques. Ces détecteurs pourraient aussi apporter une perspective inattendue sur les tremblements de terre et la rupture des matériaux.

Monday, January 22nd, 11AM:
Equilibrium Behavior of Glass-Forming Liquids:
Thermodynamic and Dynamic Fragilities and the Kauzmann Paradox Unresolved

Greg Mc Kenna (Texas Tech University)

Glass-forming liquids exhibit several fascinating behaviors. In the realm of thermodynamics, it is known that the entropy S of these systems appears to collapse too rapidly as the glass temperature is approached with the result that S can become less than the entropy of the crystal in apparent violation of the third law of thermodynamics. The temperature at which the excess entropy goes to zero is known as the Kauzmann temperature TK that is often associated with an ‘ideal’ glass transition temperature. The apparent violation of the third law is known as the Kauzmann paradox. Here we examine this problem using mixtures of poly(α-methyl styrene) and its oligomers—both non-crystallizing systems. By performing absolute measurements of the heat capacity we can deduce the changing entropy as a function of concentration and temperature. It is found that there is no “ideal” glass-like transition in the entropy upon extrapolation to 100% polymer concentration at temperatures far below the Kauzmann temperature, implying that TK may not be explicitly linked to the glass transition event itself.
Another interesting behavior is the so-called super Arrhenius temperature dependence of the dynamics of complex liquids as the glass temperature is approached. In an attempt to relate this behavior to the thermodynamics of the glass transition event, the concepts of dynamic and thermodynamic fragility were developed. Here we discuss the meanings of dynamic and thermodynamic fragility and examine how they are related (or not) for different classes of glass-forming liquids including inorganic network materials, polymers, small molecule organics and metallic glasses. We find that the nominal correlations between the dynamic fragility index m and the thermodynamics are weak and that the dynamic fragility is probably best correlated to the glass transition temperature itself except for the network glasses. The meaning of these findings is discussed.

Monday, January 15th, 11AM:
Changement d'échelle en milieu poreux aléatoire : quelques approches physiques

Benoît Noetinger (Institut Français du Pétrole).

Les milieux poreux dans lesquels se déplacent le pétrole, l'eau ou bien le gaz contenus dans des formations géologiques souterraines sont hétérogènes de l'échelle du pore (le micron) à l'échelle du bassin sédimentaire (100 à 1000km). De plus, le manque d'exhaustivité des données de terrain disponibles incitent à traiter le problème sous un angle statistique. Le recours à des approches et à des méthodes issues de la physique statistique et de la matière condensée pour décrire les écoulements s'avère être une riche source d'inspiration. Des applications variées à la récupération du pétrole, du gaz, à la gestion des nappes phréatiques et enfin aux projets de séquestration du CO2 destinées à lutter contre le réchauffement de la Terre seront évoquées.
Dans la présentation, nous passerons en revue ces problématiques, et nous donnerons quelques exemples où les approches physiques ont pu contribuer à la mise en oeuvre de solutions pratiques.

Monday, January 8th, 11AM:
"Turbulence solide" dans la déformation de la banquise arctique:
lois d'échelle, rhéologie, et modélisation

J. Weiss (Laboratoire de Glaciologie et Geophysique de l'Environnement)

Wenesday, December 20th, 15h30, Room 115:
Traitement et analyse quantitative d'hologrammes numériques

Loïc Denis
Laboratoire de Traitement de l'Information et de la Communication
Ecole Nationale Supérieure des Télécommunications, Paris

L'étude de la turbulence en mécanique des fluides requiert des méthodes permettant de réaliser des mesures 3D de position/vitesse dans un écoulement. L'holographie numérique en ligne (montage de Gabor) est particulièrement simple à mettre en oeuvre et pourrait devenir la technique privilégiée pour réaliser le suivi Lagrangien de traceurs.
Une image-hologramme de micro-objets contient l'information de taille, forme et localisation tridimensionnelle des objets. Cette information est codée par la modulation de fréquence et d'amplitude des franges d'interférence de l'hologramme. L'extraction de cette information est classiquement réalisée par analyse du volume 3D restitué par transformée de Fresnel, de Fourier fractionnaire ou transformée en ondelette. Plusieurs types d'artefacts apparaissent cependant dans les images restituées: déformation près des bords du support de l'hologramme, focalisation multiple, apparition d'images jumelles. Ces artefacts limitent l'utilisation de cette technique à des fins de mesure.
Nous avons appliqué une approche de type "problème inverse" basée sur le modèle physique de formation de l'hologramme pour résoudre les difficultés posées par les artefacts des images restituées. L'algorithme proposé permet de réaliser la détection de micro- particules (i.e. gouttelettes) dans un volume d'étude 4 fois supérieur et avec une précision améliorée d'un facteur 5 par rapport à la technique classique. L'enjeu du traitement rapide d'hologrammes nous a poussé à développer une autre approche, stéréologique, donnant accès à une estimation de la taille moyenne ou de la distribution d'orientations d'une population de micro-objets.
Outre la description de la technique et des traitements d’images spécifiques développés, des résultats expérimentaux sur des hologrammes d’écoulements réels seront présentés.
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Les travaux présentés ont été réalisés dans le cadre de ma thèse soutenue en octobre dernier au laboratoire Traitement du Signal et Instrumentation de St-Etienne, en collaboration avec le CMM de l'Ecole des Mines de Paris, l'Observatoire de Lyon et le laboratoire LMFA de l'Ecole Centrale de Lyon.

Mots clefs: holographie numérique, chirps linéaires, suivi Lagrangien, problème inverse, stéréologie --

Monday, December 18th, 11AM:
Dynamique d'un polymère isolé dans des écoulements laminaires et aléatoires

Dario Vincenzi (Max Plank Gesellschaft, Deutschland)

La dynamique d’un polymère isolé dans un fluide en mouvement est la base des modèles continus de solutions diluées de polymères. Par exemple, une description appropriée de la déformation d’un polymère dans un écoulement turbulent est nécessaire à la modélisation de la réduction de la traînée turbulente. Au cours des quinze dernières années, des progrès importants en microscopie à fluorescence ont permis de suivre le mouvement de macromolécules isolées dans des écoulements à la fois laminaires [Shaqfeh, J. Non-Newton. Fluid Mech. (2005)] et aléatoires [Gerashchenko & Steinberg, Europhys. Lett. (2005)].
Nous étudions analytiquement l’influence d’un écoulement sur la dynamique de relaxation d’un polymère isolé. Un ralentissement significatif de la dynamique apparaît au voisinage de la transition « enroulé/étiré ». Dans le cas d’un écoulement extensionnel, ce phénomène est lié à l’hystérésis de la conformation du polymère. Dans le cas d’un écoulement aléatoire, nous montrons qu’il n’y a pas d’hystérésis. Cependant, on observe encore une amplification du temps de relaxation vers la configuration d’équilibre en raison de la grande hétérogénéité des configurations du polymère. Dans les deux cas, le fait que la force de traînée dépende de la configuration du polymère joue un rôle fondamental. Ces considérations nous suggèrent de modifier les modèles continus de solutions diluées de polymères pour prendre en compte cet effet.
Les résultats mentionnés ci-dessus ont été obtenus par l’étude de l’équation de Fokker–Planck qui régit l’évolution de la densité de probabilité de l’extension du polymère, et ils ont été confirmés par des expériences de microfluidique (Gerashchenko & Steinberg, 2006) et des simulations numériques lagrangiennes.

Friday, December 15th, 11AM:
Maximum de pseudo-vraisemblance pour divers processus ponctuels de Gibbs.

J.-F. Coeurjolly (LABSAD, Grenoble)

Le sujet de cet exposé portera sur une étude de statistique inférentielle paramétrique pour estimer la fonction énergie d'un processus ponctuel de Gibbs. La méthode utilisée est une méthode particulièrement connue du domaine, il s'agit du maximum de la pseudo-vraisemblance alternative au maximum de vraisemblance nécessitant un coût de calcul énorme dû à la constante de normalisation. Sous des conditions particulières de la fonction énergie, nous obtenons des comportements asymptotiques classiques (à savoir consistance et normalité asymptotique) de nos estimateurs. Notre cadre de travail est relativement général de sorte qu'il inclut un bon nombre d'exemples classiques tel que les processus de type (multi-)Strauss, le modèle de Widow-Rowlinson mais également des exemples moins classiques tels que des processus ponctuels d'interaction de paires où l'interaction est mesurée non plus sur un graphe complet mais un graphe de Delaunay ou graphe des plus proches voisins.

Wenesday, December 13th, 10h30AM, Salle des Thèses:

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HABILITATION A DIRIGER DES RECHERCHES
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Croissance de fissures en fluage


Loïc Vanel

Monday, December 11th, 11AM:
Lois d'échelle inertielles en convection et magnétohydrodynamique turbulentes

François Rincon (Department of Applied Mathematics and Theoretical Physics (DAMTP), University of Cambridge)

L'existence de lois d'échelle inertielles et la prédiction des exposants des fonctions de structure dans un écoulement turbulent est un problème bien connu en théorie de la turbulence. Il présente également un intérêt important dans le cadre de la compréhension détaillée de certains écoulements astrophysiques dont il est parfois possible de déterminer expérimentalement le spectre en énergie.
Les principaux résultats exacts connus concernent les fonctions de structure d'ordre 3, dont la forme est régie par l'équation de Kolmogorov-von Karman-Howarth pour le champ de vitesse et par l'équation de Yaglom pour un scalaire ou un champ magnétique. Des considérations essentiellement phénomenologiques et dimensionelles permettent également de formuler des prédictions pour la forme des spectres de certains écoulements, cependant la plupart des résultats sont obtenus en utilisant des hypothèses d'isotropie et d'homogénéité, qui sont violées dans bien des écoulements. L'influence des mécanismes de forçage de la turbulence ou des intéractions entre la dynamique et le champ magnétique sur les lois d'échelle sont également mal comprises.
Dans cet exposé, je presenterai pour commencer une dérivation d'équations de Kolmogorov et Yaglom généralisées prenant en compte le mécanisme de forçage de l'écoulement ainsi que les effets d'anisotropie et d'inhomogénéité. Je détaillerai ensuite comment ces équations sont satisfaites dans des expériences numériques de convection et de turbulence magnétohydrodynamique et discuterai des lois d'échelle susceptibles d'être observées dans ces types d'écoulement et des similarités avec d'autres types de turbulence. Finalement, je m'interesserai à l'influence des effets de l'anisotropie sur la détermination expérimentale et numérique des exposants des fonctions de structure et montrerai que celle-ci peut aboutir dans certaines conditions à des corrections du même ordre que des possibles corrections d'intermittence.
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Inertial-range scaling laws in turbulent convection and magnetohydrodynamics

Predicting inertial-range scaling laws in turbulent flows is a well-known problem in turbulence theory. It is also important in order to understand the details of turbulent flows in astrophysical bodies, for which energy spectra and therefore spectral exponents can sometimes be computed from observations.
Available exact results regarding this problem are mainly for third-order structure functions, which shapes are governed by the Kolmogorov-von Karman- Howarth equation for the velocity field and by Yaglom equation for scalars and magnetic fields. Dimensional and phenomenological considerations also lead to predictions for spectral exponents, but most results are obtained under the assumptions of isotropy and inhomogeneity which are violated in many cases. The influence of forcing mechanisms and of the interactions between dynamics and magnetic fields on scaling laws is also not very well understood currently.
In this seminar, I will present generalized Kolmogorov and Yaglom equations that take simultaneously into account forcing, anisotropy and inhomogeneity. I will then focus on the way these exact equations are satisfied in numerical experiments on convection and turbulent MHD and will discuss inertial-range scalings laws in these types of flows and their similarities with other turbulent flows. I will finally investigate the influence of anisotropy on experimental and numerical determination of structure function exponents and will show that anisotropic effects lead to corrections to the exponents of the same magnitude as intermittency corrections under certain conditions.

Monday, December 4th, 11AM:
Stabilité et rugosité de la trajectoire d'une fissure dans un matériau hétérogène bidimensionnel

Mokhtar Adda-Bedia (Laboratoire de Physique Statistique, ENS, Paris)

Ce séminaire portera principalement sur une étude récente sur la stabilité de la trajectoire d'une fissure dans un matériau hétérogène bidimensionnel et sur la rugosité de la surface créée par ce processus irréversible. On présentera un modèle stochastique décrivant la propagation d'une fissure basé sur une description purement élastique et fragile du processus de fracture. Ce modèle reproduit bien les résultats de la stabilité de la propagation d'une fissure droite at permet l'étude de la rugosité des surfaces créées. On montre que dans une certaine limite, le problème devient exactement soluble et conduit à la prédiction théorique du spectre des puissances (power spectrum) des trajectoires de la fissure. Ce résultat offre une alternative à la description conventionnelle de ces spectres par des lois d'échelles qui a été largement utilisée pour l'analyse des données expérimentales.-[Article]-

Friday, November 24th, 10h30AM, Salle des Thèses:

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SOUTENANCE DE THESE
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Etude expérimentale des ondes de gravité internes
en présence de topographie. Emission, propagation, réflexion.
[Agrandir la photo]

Louis Gostiaux

Nous présentons différents aspects de l'interaction des ondes internes avec les topographies. Notre but initial était d'étudier expérimentalement la réflexion critique des ondes internes. Nous nous sommes rendus compte au fur et à mesure de notre travail que les processus d'émission d'ondes internes, encore mal maîtrisés expérimentalement, nécessitaient également une étude approfondie.
Ceci nous a permis d'apporter de nouveaux résultats concernant l'émission d'ondes internes par les corps oscillants et de relier cette thématique au cadre plus général de l'émission d'ondes par les topographies dans un écoulement oscillant. La notion d'angle critique est alors fondamentale pour localiser les points d'émission, et nous avons proposé une paramétrisation possible de la marée interne issue de travaux plus généraux portant sur les corps oscillants.
Cette notion d'angle critique permet de faire le lien avec nos travaux menés sur la réflexion des ondes internes. Notre maîtrise des techniques d'émission nous a permis de mener des expériences inédites mettant en évidence le rôle important des non-linéarités lors de la réflexion. Nos premiers résultats encourageants sur la réflexion des ondes gravito-inertielles nous appellent à poursuivre nos travaux dans cette voie.



Monday, November 20th, 11AM:
Free

Friday, November 17th, 11AM:
Beyond the "roughness exponent" ...
Dynamics and Structure of crack fronts

S. Santucci ("Complex" UiO Oslo)

I will explain why we should, and in particular how we can, go beyond the simple calculation of a roughness exponent, when trying to characterize the structure and the dynamics of a crack front. First, I will show that a Gaussian statistics provides a complete statistical description of the morphology of crack surfaces in brittle materials.
And then, I will describe how we fully characterized the intermittent dynamics of an interfacial crack front.

Wenesday, November 15th, 11AM:
Predicting avalanches in self-organized critical scenarios

O. Ramos (Complex Group, Department of Physics, University of Oslo)

The earth crust, according to the concept of self-organized criticality (SOC), is in a continuous critical state, where a constant driving stress produces dissipative events -earthquakes- with non-characteristic size. When earthquake models were built up following this scheme, they kept the idea of non predictability, held by the original model of SOC: the Bak, Tang and Wiesenfeld (BTW) model. That suggests that earthquakes are inherently unpredictable. Nevertheless, we have found in simulations and experiments with SOC character, clear signs of both long and short term prediction. The simulations consist of a more realistic modification of the Olami-Feder-Christensen earthquake model where criticality and periodicity coexist together. The structure of the lattice shows a variety of changes preceding a large avalanche; even in the most realistic scenario: When dynamics disorder breaks the periodicity but the avalanche size distributions remain following power laws. The experiment shows a clear power law behaviour for almost three decades in the avalanche size distribution of moving grains in a "sandpile" setup. There is no correlation between the avalanches, but the waiting time decays exponentially for large and very large avalanches, suggesting long term prediction. Approximately fifty steps before a large avalanche, the disorder of the pile, in average, increases continuously until the avalanche takes place. The results suggest that, in SOC scenarios, for slopes of the event size distributions larger than 1 in absolute value, large events are preceding by variations in the structure of the system that in principle can be monitored in order to predict those large events.

Monday, November 13th, 11AM:
Etude expérimentale d'un plasma électronégatif basse pression:
stabilité et structure électrique.

Nicolas Plihon (ENS-Lyon)

Monday, November 6th, 11AM:
Coexistence liquide-solide dans des émulsions sous cisaillement.

S. Manneville (Laboratoire de Physique, ENS-Lyon)

Monday, October 23rd, 11AM:
Drag reduction with polymers: theoretical and numerical results

R. Benzi (Universite de Rome)

Monday, October 16th, 11AM:
Dernières nouvelles de l'expérience "dynamo".

Jean-François Pinton (ENS-Lyon)

Un séminaire "informel" pour nous raconter les récentes observations faites sur la plateforme VKS, au CEA-Cadarache.

Monday, October 9th, 11AM:
Symétrie, topologie et défauts des phases lyotropes

P. Pieranski (Laboratoire de Physique des Solides, Université Paris Sud)

[résumé]

Monday, October 2nd, 11AM:
Surface effects in non-linear distributed systems:
slow relaxation and spontanoeus emergence of localized coherent modes.

Francesco Piazza

As a general fact, spatially extended systems interact with the environment through their boundaries - for example when a flow of energy is established towards the exterior across the surface layers. When systems are characterized by sizeable surface surface fractions, as it is the case in the realm of meso-scopic or nano-scopic materials, this may lead to surprisingly complex relaxation behaviours, such as non-exponential decay of macroscopic observables. What is even more interesting, the interplay of non-linearity and inhomogeneity of coupling to the environment in a relaxation process turns out to be a powerful way to drive a system into a region of its phase space characterized by meta-stable, long-lived localized solutions.
The intereresting phenomenology begins with the simplest of all models, namely a system of beads connected by harmonic springs at equilibrium subjected to linear energy damping at its boundaries. I will review the rich analytical solution of this apparently trivial problem, showing how the system develops under those conditions an extended spectrum of relaxation rates causing the total energy to undergo a cross-over from an exponential to a power law, whose exponent depends on the spatial dimension.
In the second part of the talk, I will review the results of similar experiments performed on a selection of non-linear distributed systems, such as the 1D Fermi-Pasta-Ulam (FPU) chain and the 1D rotor chain. Although qualitatively different, edge relaxation in these systems inevitably results in the spontaneous formation of peculiar localized structures. These are meta-stable solutions of different nature that are practically decoupled from the boundaries, and thus display virtually infinite life-times. Furthermore, I will show how the spontaneous localization of energy can affect in a subtle way the transient time course of macroscopic observables, such as the total energy decay, before the pseudo-stationary state is attained.
In summary, besides the interest in its rich phenomenology per se, the process of edge cooling can thus be regarded as a natural way to direct a given system towards special regions of its phase space. These may be thought of as corresponding to low-complexity quasi-periodic orbits that are "typical" in a loose sense. To this concern, I will close by discussing an extremely interesting application of edge cooling suggested by some recent numerical results in a model of Bose-Einstein condensate trapped in a periodic optical lattice. Remarkably, such setting seems to offer the exciting possibility to experimentally control the realization of a single coherent quantum state trapped at a given site of the lattice.

Monday, September 18th, 11AM:
Faraday instability in complex fluids

Pierre Ballesta (CRPP, Bordeaux)

Since Faraday’s founding work in 1831, it is known that the surface of a vertically vibrated fluid layer undergoes the Faraday instability when the forcing acceleration is greater than some critical value. Surface waves appear at the surface and form geometrical patterns characterised by a critical wavelength. We focus on the behaviour in complex fluids to such a hydrodynamic instability. We show that a strong coupling between the instability and the fluid microstructure may occur depending on the complex fluid. In semi-dilute wormlike micelles solutions, this coupling gives rise to standing elastic waves. In dilute wormlike micelles solutions, a shear-thickening phenomenon may be induced by the surface waves. And in suspensions of rod-like colloids localised alignment takes place.
Il est connu depuis 1831 que les fluides vibrés verticalement sont sujets à l’instabilité de Faraday. Au-dessus d’une certaine accélération dite accélération critique, des ondes stationnaires apparaissent à la surface du fluide et forment un motif géométrique caractérisé par une longueur d’onde critique. Dans ce travail nous montrons que la microstructure d’un fluide complexe peut se coupler fortement à l’instabilité et induire différents types de comportements selon le fluide étudié. Dans des solutions semi diluées de micelles géantes, la forte viscosité du fluide engendre des ondes stationnaires dans la hauteur du fluide. Dans des solutions diluées de micelles géantes, le cisaillement engendré par les ondes de surface conduit à un changement de la microstructure se traduisant par un phénomène de rhéo-épaississement. Enfin, dans des suspensions de bâtonnets rigides, le couplage entre instabilité et microstructure induit un alignement localisé des bâtonnets.

Wenesday, September 13th, 11AM, Room 117:
Spatio-temporal route to chaos in the flow of soft matter.

Ajay Sood, Indian Institute of Science, Bangalore.

Tuesday, September 12th, 11AM, Room 117:
Giant number fluctuations in active nematics :
theory, simulation and experiment.

Sriram Ramaswamy, Indian Institute of Science, Bangalore.

Monday, September 11th, 11AM:
Electron transport in disordered nanowires

Michael Fogler (UCSD, San Diego)

One-dimensional electron systems attract much attention due to their potential applications in nanotechnology. New experiments show that a reliable modern theory of electron transport in such systems is still lacking and poses a vital scientific challenge. An example of a recent puzzle is the experimental observation of unusual algebraic dependences of conductivity on applied voltage and temperature that seem to be common for a broad variety of nanowires, nanotubes, and nanofibers. Motivated by these findings we consider a theoretical model of a one-dimensional wire with a finite density of strong random impurities. The conductivity of this system is governed by an interesting interplay of Coulomb interaction and disorder. Power-law dependences indeed emerge in a broad range of parameters. They are due to the statistics of rare events: dense clusters of multiple impurities that inhibit the transport no matter how the available transport mechanisms (thermal activation and quantum tunneling) are combined.
[Abstract]

September, Monday 11 to Friday 15.

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INTERNATIONAL WORKSHOP

Integrable Models and Applications

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[infos]


Monday, July 17th, 11AM:
Etude de séismes tectoniques et volcaniques en champ proche:
differences et points communs.

D. Legrand (DGF Universidad de Chile)

Le but de ce séminaire est de présenter quelques points communs et différences entre les séismes tectoniques et volcaniques.
En champ lointain, les séismes tectoniques sont souvent approximés comme une source ponctuelle. On détermine alors leurs mécanismes de rupture dans l’espace, en modélisant les ondes P, S et de surface de champ lointain (décroissance en 1/distance). Cependant, de telles études ne permettent pas de discriminer le plan de faille parmi les deux plans nodaux que constitue le mécanisme au foyer. Par contre si ces séismes sont étudiés en champ proche, il importe de tenir compte d’une source de dimension finie et des ondes sismiques champ proche (décroissance comme l’inverse du carré de la distance). Dans ce cas, la discrimination du plan de faille est alors possible.
Les séismes volcaniques sont très souvent enregistrés en champ proche. Il est donc important de tenir compte à la fois des ondes champ proche et d’une source sismique générale, comportant une partie isotrope (explosive ou implosive). Certains séismes volcaniques sont très différents des séismes tectoniques. Une grande variété de signaux existe d’un volcan à l’autre et également pour un même volcan. Cette richesse de signaux traduit des mécanismes variés, souvent mal compris. Les étapes de bases sont de déterminer la localisation des sources et leurs mécanismes. Or tous les traitements classiques développés pour les séismes tectoniques ne sont pas directement applicables aux séismes volcaniques. D’autres techniques doivent être appliquées, rendant les résultats souvent imprécis. Les modèles numériques développés ne permettent pas toujours de comprendre les signaux observés. Des modèles analogiques en laboratoire peuvent alors prendre le relais pour mieux comprendre quelques observations très simples mais encore mal comprises.

Monday, July 10th, 11AM:
Stochastic resonance: from climate to biology.

Roberto Benzi (Université de Rome II)

Friday, June 30th, 11AM:
Modélisation numérique de la turbulence au voisinage d’une paroi solide

E. Lévêque (ENS-Lyon)

résumé

Monday, June 26th, 11AM:
Virial coefficients for hard spheres

B. M. McCoy (Stony Brook).

We review the history of the computation of virial coefficients for hard spheres from the result for B_4 in 3 dimensions of van Laar and Boltzmann in 1899 to the recent Monte Carlo evaluations of B_9 and B_10 for dimensions D = 2, ...,8. We focus in particular on the question of the existence of negative virial coefficients and the radius of convergence of the series.

Jeudi 22 et vendredi 23 juin.

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* JOURNEES DES THESARDS *

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Vous trouverez le programme détaillé sur le [site] des organisateurs

Monday, June 19th, 11AM:
Les dynamiques r�sultant d'un couplage particule-onde � �chelle macroscopique

Suzie Proti�re (LPS et MSC, Paris)

Des gouttes d'un fluide d�pos�es sur la surface libre d'un bain du m�me fluide coalescent normalement avec celui-ci en quelques dixi�mes de seconde. A la suite d'un projet de l'enseignement de physique exp�rimentale, nous avons pu montrer qu'une oscillation verticale du bain inhibait enti�rement cette coalescence. En effet si l'acc�l�ration oscillante est d'amplitude suffisante, la goutte sautille sur la surface. Le film d'air qui s�pare la goutte du substrat n'a pas le temps de se rompre avant que la goutte et le substrat soient s�par�s lors du rebond suivant. Les gouttes peuvent survivre dans cet �tat pour un temps illimit�.
Lors de chacun de ses chocs, la goutte d�forme la surface. Si la viscosit� est faible, il en r�sulte l'�mission d'ondes capillaires. Les gouttes interagissent par celles-ci et s'organisent spontan�ment en �tats li�s ou en r�seaux r�guliers.
Par ailleurs nos exp�riences sont faites en dessous du seuil de l'instabilit� de Faraday et l'interface est g�n�ralement plate. Toutefois, � proximit� du seuil de cette instabilit�, le choc des gouttes suffit pour g�n�rer localement une onde de Faraday amortie. On constate que l'interaction d'une seule goutte avec l'onde qu'elle g�n�re conduit � une bifurcation o� la goutte acquiert spontan�ment une vitesse horizontale bien d�finie. On obtient ainsi ce que nous appelons des "marcheurs" dont on peut �tudier les interactions. En particulier l'association de deux marcheurs conduit deux gouttes � orbiter l'une autour de l'autre. Ces orbites ont des diam�tres discrets et r�sultent de l'interaction que cr�ent entre les gouttes les interf�rences des ondes qui leur sont associ�es. On discutera les similarit�s qui existent entre ces nouveaux objets et les structures localis�es (quasi-solitons) observ�es dans divers syst�mes dissipatifs � deux dimensions.

Monday, June 12th, 11AM:
Films minces de cristaux liquides : élasticité et défauts

Emmanuelle Lacaze (Institut des Nano-Sciences de Paris)

[résumé .html]

Thuesday, June 6th, 11AM: ATTENTION : Mardi pour cause de lundi (presque) férié.
Nanomagnétisme : de la nanoparticule à la molécule.

Wolfgang Wernsdorfer (Laboratoire Louis Néel, Grenoble)

L'intérêt pour la frontière entre physique classique et quantique n'a cessé de croître avec le développement rapide des nanosciences, alimenté par la miniaturisation des systèmes physiques. Il est ainsi devenu essentiel de comprendre le lien entre les propriétés classiques à l'échelle macroscopique et les lois quantiques à l'échelle microscopique. Cette exigence est particulièrement importante en nanomagnétisme où de nombreuses applications nécessitent des nanoparticules magnétiques monodisperses. On peut citer comme exemple les aimants monomoléculaires, qui sont des molécules individuelles se comportant comme des particules magnétiques monodomaines. En dessous de leur température de blocage, ces molécules possèdent un cycle d'hystérésis de l'aimantation, propriété classique d'un aimant, tout en présentant des propriétés quantiques.
En mesurant la probabilité de retournement en fonction de la température et d'un champ appliqué perpendiculairement à l'axe facile, nous avons ainsi pu mettre en évidence un effet tunnel entre les niveaux d'énergie fondamentale, et l'existence de ce qui est appelé dans un modèle semi-classique "la phase quantique du spin" ou "phase de Berry" associée au spin magnétique. Cet effet tunnel de l'aimantation peut s'avérer un atout pour certaines applications de ces aimants moléculaires, telles que le calcul quantique et la réalisation de superposition d'états, mais présente également des inconvénients (pour le stockage de l'information, par exemple).
Ce séminaire sera l'occasion de passer en revue les avancées récentes dans ce domaine de recherche.

Friday, June 2nd, 11AM:
Instabilités mésoscopiques et mécanismes de relaxation
dans les caoutchoucs renforcés ou les thermo-plastiques

D. Long (Physique des Solides, Orsay)

L'élasticité des caoutchoucs est un phénomène complexe à décrire et qui fait intervenir de nombreux mécanismes (enchevêtrements, relaxation de chaînes pendantes,...). Dans les caoutchoucs renforcés ou les élastomères thermo-plastiques, la présence d'une dispersion d'inclusions rigides rend cette description plus ardue. Nous proposons un modèle qui permet de décrire, grâce à des simulations numériques, la relaxation dans ces systèmes, et qui permet d'exhiber des instabilités qui se traduisent par des réorganisations irréversibles du réseau (désordonné) d'inclusions rigides. Nous proposons que ces réorganisations sont à l'origine du comportement plastique de certains de ces systèmes.
Par ailleurs, je présenterai avec Ludovic Odoni la nouvelle UMR Rhodia/CNRS "Advanced Materials" qui démarrera en septembre prochain à Lyon (Saint Fons).

Monday, May 29th, 11AM:
Dynamique de structures d'adhésion modèles: les podosomes.

Thierry Biben (LPMCN, Lyon)

Tout au long de la vie d'adulte, deux types de cellules assurent le renouvellement permanent du matériel osseux: les ostéoclastes, qui résorbent l'os, et les ostéoblastes, qui sécrètent le nouveau matériel osseux. Lorsqu'un ostéoclaste entre en contact avec un substrat, de petites structures d'adhésion, les podosomes, apparaissent dans la zone de contact. C'est la dynamique de ces structures que nous allons analyser sur la base d'un modèle simple.

Monday, May 22nd, 11AM:
Novel Quantum Effects in Antiferromagetic Chain Compounds

Ian Affleck (Université British Columbia)

Conventional theories usually fail for one-dimensional systems where strong quantum fluctuations prevail and novel theoretical methods are required. I will review field theory approaches to one dimensional antiferromagnets and their recent applications to understanding muon spin resonance, neutron scattering and electron spin resonance experiments.

Monday, May 15th, 11AM:
Des films de savon aux volcans : que peut-on apprendre du chant des bulles ?

Valérie Vidal (ENS-Lyon, Lyon)

Lorsqu’une bulle d’air explose à la surface d’un fluide complexe (non-newtonien), le signal acoustique associé peut être décomposé en deux parties distinctes : pendant les premières 10 ms environ, un signal de haute fréquence (~ 3 kHz) est émis, suivi par un signal de basse fréquence (~ 20 Hz). Une caméra rapide permet de filmer l’explosion, dont le signal acoustique est enregistré par ailleurs. Dans le but de mieux comprendre la dynamique du système, nous avons monté une expérience simple, dans laquelle un film de savon explose au-dessus d’une cavité de géométrie déterminée, dont la surpression est imposée. Les résultats associés à l’explosion du film de savon permettent de comprendre le rôle des différents paramètres (géométrie, surpression, temps de rupture du film) dans la forme du signal à haute fréquence émis en premier lieu lors de l’explosion d’une bulle à la surface d’un fluide non-newtonien. La seconde partie du signal (basse fréquence) est associée à une onde de cisaillement, générée par l’effondrement des parois de la bulle. Une application possible à l’acoustique des volcans est envisagée : ces résultats pourraient amener des informations sur la rhéologie de la lave, la structure interne d’un volcan, et la distribution d’énergie dans le système durant les phases explosives.

Tuesday, May 9th, 11AM: (Attention déplacé au mardi pour cause de lundi férié)
Architecture optimale des réseaux de transfert: comparaison avec la structure de réseaux biologiques naturels.

Marc Durand (MSC, Paris)

La quasi-totalité des organismes vivants possèdent un ou plusieurs réseaux de transport permettant l'apport et la distribution de fluides ou nutriments à travers tout l'organisme (ex: les poumons, le système vasculaire chez les mammifères, les nervures des feuilles,…). Malgré la grande variété des organismes peuplant la planète, ces réseaux de transfert présentent de grandes similitudes tant sur le plan topologique que géométrique.
Plusieurs indices permettent de penser que la structure de ces réseaux correspond en réalité à certains critères d'optimisation (vis-à-vis de certaines contraintes), développés au cours de l'évolution des espèces. Aussi, plusieurs modèles théoriques ont déjà été tentés afin d'expliquer la structure de ces réseaux, mais pour la plupart basés sur une optimisation locale de la structure (c'est-à-dire en une jonction du réseau), et non sur une optimisation globale de tout le réseau, l'analyse dans ce dernier cas étant beaucoup plus délicate.
Je montrerai pendant ce séminaire qu'il est possible d'établir des caractéristiques sur la topologie et la géométrie du réseau optimisant globalement le transport, et comparerai ces caractéristiques avec des données expérimentales obtenues sur les réseaux naturels.

Friday, April 28th : ATTENTION : 2PM, salle 117.
SVM classification: Practical considerations of theoretical concepts

ELmer A. Fernandez (Catholic University of Cordoba, Argentina)

When we deal with a classification problem one of the main concerns about it is to know how well this classifier will works in a real environment. The Structural Risk Minimization Theory and the SVM method developed by Vapnick and Chervonenskis deal with this problem giving us theoretical bounds to classification errors. Here we will review some of these theoretical concepts and their practical counterpart to handle real problems.

Tuesday, April 18th, 11AM, salle 116 : (Attention : MARDI pour cause de lundi férié)
Mesures opto-mécanique à l'échelle submicrométrique
en vue de l’étude de la force de Van der Waals-Casimir.

Guillaume Jourdan* et Joël Chevrier° (LEPES, °UJF, Grenoble et *LKB, Paris)

L'énergie de point zéro du champ électromagnétique est fortement affectée par les conditions aux limites qui lui sont imposées. Ainsi dans une cavité métallique, la présence de deux surfaces en regard, en modifiant les états de la cavité du champ EM produit un effet mécanique remarquable : l'effet Casimir, du nom du physicien hollandais qui en 1948 prédit l'existence d'une force attractive entre deux miroirs plans parfaits, neutres et parallèles. Depuis la fin des années 90, l'étude de ce phénomène connaît un regain d'intérêt qui s'explique notamment par la mise en place de nouveaux dispositifs expérimentaux tels que l'AFM et les microsystèmes mécaniques. Ces derniers rendent désormais accessible la mesure précise de cette force de faible intensité et de courte portée mais variant très rapidement en L-4. D'un point de vue théorique, la modélisation de cet effet constitue, à l'instar de la physique atomique, une autre aire de tests pour l'électrodynamique quantique (QED), pour lequel la divergence de l'énergie du "vide" reste toujours un problème majeur de la physique contemporaine. De manière générale, la mesure de force aux échelles submicroniques intéresse aujourd'hui aussi bien les cosmologistes pour confronter les modèles de gravitation à courte portée avec l'expérience, que les concepteurs de micro/nanostructures électromécaniques (MEMS, NEMS). Nous retiendrons en particulier que la force de Van der Waals/Casimir domine à la limite des faibles distances (à moins de 100 nm) l'interaction électrostatique, qui jusqu'à présent était la seule considérée dans le fonctionnement de ces microsystèmes sous vide. Par conséquent, on s'attend à ce que leur comportement mécanique soit fortement influencé par l'effet Casimir.
L'étude des forces non contact aux échelles nanométriques (10 nm à 500 nm) a débuté au sein du groupe picoNewton du LEPES en 2002 durant la thèse de Gauthier Torricelli. Cette activité s'est beaucoup développée depuis autour des mesures de forces électrostatiques, de Van der Waals Casimir et de "shear forces" (cette interaction dissipative d’une pointe oscillant parallèlement à une surface métallique si utile pour verrouiller la distance pointe surface en SNOM par exemple mais dont l'origine physique n'est toujours pas clairement expliquée et a suscité des études théoriques remarquables comme le couplage de cette pointe avec les fluctuations thermiques du champ EM au voisinage de la surface). Après un bref aperçu de l'état de l'art dans ce domaine au niveau international, nous décrirons le montage expérimental en cours de réalisation à Grenoble. A la lumière des premiers tests effectués sur cet appareil, nous discuterons i) de ses performances ainsi que des difficultés expérimentales associées à ce type de mesure, ii) des stratégies de mesures que nous mettons en œuvre. Enfin nous reviendrons sur les motivations de cette étude que nous menons en collaboration étroite avec Serges Reynaud et Astrid Lambrecht du LKB à Paris : Peut on modifier de manière notable la force de Casimir, voire la rendre répulsive en modifiant la géométrie et la nature des surfaces? Quelle perspective offre alors la voie de la nanostructuration?

Friday, April 14th, 11AM:
Ecoulements denses de milieux divisés

Yann Bertho (Liège)

Les matériaux granulaires présentent des comportements dynamiques variés et souvent peu intuitifs lorsqu’ils s’écoulent. Ainsi, dans un tube vertical, on observe des écoulements dilués, en ondes de densité ou bien compacts. Je présenterai une étude essentiellement expérimentale d’écoulements denses de grains, pour lesquels une forte corrélation entre la pression de l’air et la compacité dans le tube a été mise en évidence. Par ailleurs, un fort effet d’amplification des fluctuations de pression générées en bas du tube est observé lors de leur propagation vers le haut. La modélisation d’un tel régime fait apparaitre l’importance de la compréhension des frottements entre les grains et les parois du tube. Une étude expérimentale spécifique de l’influence d’un mouvement relatif entre un empilement granulaire et des parois a donc été réalisée. En particulier, je montrerai que l’on peut généraliser le modèle (statique) de Janssen au cas des écoulements granulaires en conduite.
Un autre type d'écoulement granulaire confiné concerne les silos à grains. La loi qui régit le flux des grains dans de tels dispositifs reste à ce jour essentiellement empirique. Une expérience d'écoulement de mousse humide dans une telle géométrie présente certaines analogies avec un écoulement granulaire et sera discutée.

Thursday, April 13th, 11AM: ATTENTION - Amphi H
Corrélations dynamique dans les verres colloïdaux et vieillissement dans "mini-émulsions" des protéines de membrane

Matteo Pierno (Montpellier)

Les verres ont une structure statique qu'on ne peut pas trop distinguer de celle du liquide correspondant, sans le signe d'une augmentation d'une échelle de longueur statique de corrélation prés de la transition vitreuse. Par contre il y a une croissance évidente de corrélations dynamiques : on peut penser a ça comme a des régions qui se déplacent simultanément pour permettre l'écoulement. Nous présentons de nouvelles susceptibilités dynamiques «multi-point» pour estimer quantitativement la taille de ces régions et fournir une évidence expérimentale directe que la transition vitreuse des liquides moléculaires et des suspensions colloïdales est accompagnée de la croissance de corrélations spatiales de la dynamique.
La solubilisation des protéines de membrane exige des agents tensioactifs, dont les propriétés structurales jouent un rôle crucial en déterminant le comportement de phase de la protéine. Nous montrons que la ionisation d'un tensioactif sensible au pH, le "lauryldymethylamino-N-oxyde" limite au « centre photo-synthétique de réaction », induit la ségrégation de phase de protéine dans gouttes micrométrique. Cette séparation de phase liquide-liquide a lieu dans une gamme étroite de pH, est favorisée en augmentant la température, et disparaît en ajoutant le sel. Après une croissance initiale rapide de gouttelette, la cinétique presque arrêtée laisse ultérieurement le système dans un état émulsionné finement divisé et durable.

Monday, April 10th, 11AM:
Turbulence MHD dans les disques d'accrétion protoplanétaires:
propriétés et applications

Sébastien Fromang (DAMTP/CMS, University of Cambridge)

Le mécanisme le plus prometteur pour expliquer le transport de moment cinétique dans les disques d'accrétion est la turbulence MHD, conséquence de l'instabilité magnetorotationnelle. Dans un premier temps, je présenterai les propriétés physiques de cette instabilité et je détaillerai les caractéristiques de la turbulence MHD qui ont été mises en évidence à l'aide de simulations numériques Euleriennes, ainsi que les problèmes qu'il reste à résoudre sur les plans physiques et numériques.
Dans la deuxième partie, je parlerai des conséquences de la turbulence MHD sur la dynamique des solides de petite taille (diffusion par les fluctuations turbulentes, accumulation dans des tourbillons) et des conséquences que cela peut avoir pour la formation planétaire.

Friday, April 7th, 11AM:
Quelques expériences avec des membranes minces

C. Tassius (USACH, Chile)

Les cellules vivantes sont constamment soumises à des contraintes, qu'elles proviennent de leur environnement extérieur, ou qu'elles soient auto-générées. Dans ce second cas, savoir où et comment s'exercent les forces mises en jeu à ces échelles micrométriques, compte-tenu des propriétés mécaniques des constituants cellulaires, intéresse autant les biologistes que les physiciens.
Lors de processus vitaux tels que la division cellulaire ou le déplacement des fibroblastes, impliqués dans la cicatrisation des blessures, la répartition des contraintes varie dans le temps. Une des solutions expérimentales les plus simples permettant d'étudier ces phénomènes utilise des membranes de quelques dizaines de nanomètres d'épaisseur. Elles sont obtenues par réticulation à chaud (vulcanisation) d'huile silicone, et formées à la surface d'une goutte du même liquide.
Diverses techniques sont mises à profit pour la caractérisation de ces membranes et l'observation de leur réponse sous contrainte. D'autre part, nous comparons les résultats obtenus selon que le liquide est de l'huile silicone ou du polydiméthylsiloxane (PDMS), soumis au même traitement. En nous appuyant sur ces données, nous discuterons le modèle proposé. Enfin, nous verrons comment utiliser ces membranes et tirer profit des travaux sur l'élasticité des axones neuronaux menés également au sein de l'équipe.

Monday, April 3rd, 11AM:
Elementary questions for antiferromagnets
- Complicated challenges for many body theory

Sebastian Eggert (Technische Universität, Kaiserslautern)

The understanding of antiferromagnetism has been a challange for physicists since the early times of quantum mechanics. The discovery of high-temperature superconductors has renewed the attention especially to low-dimensional antiferromagnets. Already elementary questions such as the effect of a magnetic field or the local arrangements of magnetic moments give surprising answers, which illustrate the underlying collective many-body effects. The exotic behavior of basic models in one and two dimensions with impurities will be discussed and explained in detail. Experimental implications and relevance to related systems such as quantum wires will be addressed.

Friday, March 31st, 11AM:
LIGHT-INDUCED MOLECULAR MOTION OF AZOBENZENE-CONTAINING MOLECULES:
A RANDOM-WALK MODEL.

Boris Bellini (CRMCN, Marseille)

Since it was first evidenced in 1995, light-induced mass motion in layers of azobenzene-containing molecules has led to diverging interpretations and remains partly unexplained. In this paper, we discuss a light-driven random-walk model where moving chromophores drag the molecule to which they are grafted. It consists in a diffusion motion of the azobenzene functions where each random step follows an isomerising absorption.
After a presentation of our experimental results obtained through AFM and optical techniques, we state the hypotheses of our model and we show how it suits the experimental observations reported.
In the frame of this model, where each azobenzene function is put in motion by light, we assess the distance over which an azobenzene-containing molecule can be dragged. We also estimate the energetic output of this dragging process.
Finally, we discuss the microscopic origin of these molecular motors and we compare it to the model of thermal ratchets introduced by Feynman and extensively resorted to in Biology nowadays.

Thursday, March 30th, 11AM: ATTENTION Lieu : Amphi C
Propriétés Structurales et Dynamiques
d'Assemblages Supramoléculaires Nanostructurés

E. Buhler (LSP, Grenoble I)

L'autoassemblage de petites molécules ou d'architectures moléculaires plus complexes en milieu aqueux ou organique peut produire une variété de structures: bâtonnets, fibres, rubans, polymères supramoléculaires, nanotubes, etc... Le séminaire sera centré sur l'étude des caractéristiques structurales et dynamiques de deux systèmes particuliers:
1) Les propriétés structurales et dynamiques des autoassemblages supramoléculaires d'un tensio-actif fluoré ont été étudiées à partir d'expériences de Cryo-TEM, de diffusion des RX et de la lumière et de rhéologie. Les molécules s'autoassemblent sous forme de rubans qui ont une section caractérisée par des dimensions de l'ordre de 4 nm sur 2.5 nm. Les expériences de Cryo-TEM révèlent la présence de réseaux de micelles multiconnectées responsables d'un effet rhéo-épaississant géant et de propriétés rhéologiques très particulières.
2) Les nanostructures d'agrégats fibrillaires formés à partir de polymères supramoléculaires sensibles à des variations de températures ont été étudiées à l'aide d'expériences de diffusion des neutrons et de rhéologie. Les résultats concernant les propriétés de ces assemblages et des empilements moléculaires seront présentés.

Tuesday, March 28th, 11AM:
Mesure de la distribution des forces exercées par des cellules et des vers de Dictyostelium en migration sur des surfaces élastiques.

Jean-Paul Rieu (LPMCN, Lyon)

Dictyostelium provides an experimentally accessible and simple model system to investigate many biological processes. It is assumed that chemotactic waves organize the periodic motion of cells during the migration of Dictyostelium slugs. However, the mechanisms by which mechanical forces are exerted, their magnitude and their location, are unknown. We present here the first measurements of the distribution of forces exerted by slugs using the elastic substrate method. Deformation field is measured with a confocal microscope from the displacement of fluorescent beads embedded in soft elastomer substrates. We show that force calculations are simple and robust when the noise level on bead displacements is low. We are able to identify clearly separate friction areas in the tip and in the trail, and traction in the prespore area. Surprisingly, the magnitude of friction and traction forces is decreasing with slug velocity indicating that these quantities are probably related to the dynamics of cell/substrate adhesion. We also measure large perpendicular forces around slug boundary suggesting an important role of the sheath surrounding the slug in the force transmission to the substrate.
We will also present preliminar traction force experiments on single Dictyostelium cells. The great difference between the force fields of single cells and slugs indicate a complex collective behaviour within slugs which is not yet understood.

Monday, March 27th, 11AM:
Wave and particles interaction
from plasma physics to the Free Electron Laser

Duccio Fanelli (Université de Florence)

The interaction between a wave and a bunch of charged particles is encountered in many branches of applied physics. Transfer of energy from fast beams to waves allows to employ traveling wave tubes (TWT) as wide-band amplifiers for space and communication purposes and Free Electron Lasers (FEL) as tunable coherent light sources. Both devices can be modeled by a self-consistent Hamiltonian with N+M degrees of freedom, where N degrees of freedom refer to the N charged particles, while M are associated with the electromagnetic waves. Due to the mutual interaction, the latter display an initial exponential growth, followed by a subsequent saturation, that is successfully reproduced within the framework of a Vlasov-like description. This observation opens up the perspective of carrying out dedicated analytical studies.
Selected results will be reviewed during this talk and the possibility of testing the theory through a campaign of dedicated experiments will be also addressed. By gaining insight into the fundamental mechanisms governing the amplification process, we aim at developing innovative strategies to improve the performance of the machines.

Monday, March 20th, 11AM:
Contrôle tout-optique d'écoulements microfluidiques

Jean-Pierre DELVILLE (CPMOH, Bordeaux)

Agir sur les écoulements microfluidiques avec de la lumière est une voie originale car les effets des ondes lumineuses sur les milieux diélectriques homogènes ou inhomogènes sont non seulement nombreux (pression de radiation, piégeage diélectrique, forces diffusives, convection thermique ou thermocapillaire dans les milieux absorbants), mais également sans contact. De plus, l'utilisation d'ondes laser semble a priori très adaptée car l'extension spatiale de l’onde excitatrice peut aisément correspondre à celle des écoulements microfluidiques, c’est-à-dire souvent de l'ordre de la dizaine de microns. Après une illustration des différents mécanismes d'interaction utilisés dans une approche laser de la microfluidique (pinces optiques et pression de radiation laser), je décrirai des expériences que nous avons développées en exacerbant le couplage thermocapillaire. Je montrerai notamment comment induire, manipuler et mettre en forme des micro-écoulements diphasiques au sein d'un microcanal. Ces études conduisent au développement de nouveaux micro-composants élémentaires modulables, tels que des mélangeur et vannes optiques, des aiguilleurs, des diviseurs asymétriques ou des fusionneurs de gouttes. Utilisés en combinaison, ces composants semblent prometteurs dans le contexte du "laboratoire sur puce" car ils ne nécessitent aucun traitement préalable des micro-canaux.

Tuesday, March 14th, 2PM, Room 115:
The many faces of 2D conformal quantum field theory

Thomas QUELLA (Kings College, Londre)

Conformal quantum field theories (CFTs) are a universal tool which can be used in a variety of physical contexts, in particular in string theory and critical phenomena. After a brief review of these relations and their geometric and algebraic origins, the general features of 2D CFTs are outlined which in many cases allow for an exact solution. Afterwards the presentation will focus on recent developments in understanding boundary conditions and defects which preserve the conformal invariance. Again, a mixture of algebraic, geometric and string theoretic arguments will be used to motivate and illustrate the results.

Monday, March 13th, 11AM:
Seuil d'érosion et formation de rides en cellule de Hele-Shaw

Marc Rabaud (FAST, Orsay)

Les seuils de mise en mouvement des matériaux non consolidés soit par avalanche, soit par érosion sont encore des sujets mal compris d'un point de vu fondamental. Nous nous intéressons au cas d'un milieu granulaire immergé dans un liquide en présence d'un écoulement laminaire du même liquide. En jouant sur le débit du fluide et/ou l'angle du dépôt nous avons mesuré le seuil de mise en mouvement des grains et caractérisé les principales structures (rides triangulaires et rides à tourbillons) qui se développent au-delà du seuil. Je présenterai aussi quelques essais de modélisation des résultats expérimentaux.

Monday, March 6th, 11AM:
Fluctuations et déstabilisation d'une bicouche fluide quasi-libre

Thierry Charitat (Institut Charles Sadron, Strasbourg)

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Friday, February 17th, 11AM:
Cristaux de Wigner macroscopiques :
un système modèle pour l'étude de la dynamique des réseaux élastiques 2D.

Gwennou Coupier (MSC, Paris)

La dynamique des réseaux élastiques bidimensionnels pose des problèmes fondamentaux (dynamique des défauts, rôle du désordre, ancrage,...) . Elle a été étudiée dans des systèmes aussi divers que les colloïdes ou les vortex dans les supraconducteurs. Son étude expérimentale contrôlée est cependant parfois difficile.
Le système modèle que nous proposons est constitué par un ensemble de billes millimétriques électriquement chargées permettant la formation d'un réseau régulier, au travers d'une thermalisation obtenue par agitation mécanique. La dynamique de cristallisation et la mobilité des dislocations ont été étudiées sur des cristaux de grande taille (environ 2000 billes). Nous nous sommes également intéressés à la diffusion dans un canal des particules en interaction.
Nous montrerons enfin qu'un tel système permet la mise en évidence de l'effet d'un potentiel perturbateur bien contrôlé sur la structure d'un réseau.

Monday, February 13th, 11AM:
Mésophases ordonnées de colloïdes modèles : les virus fd.

Eric Grelet (CRPP, Bordeaux)

Certains virus, comme les bactériophages fd, s’auto-organisent en solution aqueuse en fonction de leur concentration en différentes structures cristallines liquides. En particulier, l’existence d’une phase lamellaire confirme le caractère hautement monodisperse de ces colloïdes, conformément aux prédictions théoriques.
Nous nous intéressons à l’origine de la chiralité, qui s’exprime sous forme de torsion, dans les structures auto-organisées. Un modèle basé sur des interactions électrostatiques et de volume exclus, a été développé et il permet de rendre compte du signe et de la valeur de l’hélicité de la mésophase cholestérique.
Récemment, des études réalisées par diffraction des rayons X ont montré l’existence d’une mésophase de symétrie hexagonale dans le régime des concentrations les plus élevées. L’analyse de la portée de l’ordre de position révèle une organisation de type hexatique, dont l’origine serait un compromis entre deux ordres antagonistes que sont la chiralité et l’ordre de position à longue distance. Ces résultats seront comparés à d’autres macromolécules biologiques telles que l’ADN.

Monday, February 6th, 11AM:
Evaporation/condensation in nano and microscale

Robert Holyst (IPC, Warsaw)

Evaporation and condensation of nano droplets and bubbles are studied within diffuse interface hydrodynamics in two-phase coexistance region. The evaporation/condensation process is observed on the time scale from picoseconds to microseconds and length scale from Angstroms to micrometers. A simple analytical formula relating time of evaporation to the size of a droplet is given. We will argue that it should be valid from nano to macroscale. The condensation of bubbles will bring us to the subject of sonoluminescence and chemical nanoreactors at ambient conditions.

Tuesday, January 31st, 11AM:
Gravité quantique : Une introduction

C. Rovelli (LPT, Marseille)

I present an overview of the present state of the attempts to merge general relativity and quantum theory, and unravel the quantum properties of spacetime.
I describe the calculation of the spacetime discreteness in the context of loop quantum gravity, the foundational problems these results raise, and the tentative applications of these results to black hole and early universe physics.

Monday, January 23rd, 11AM:
Instabilités, turbulence et dynamo dans une couche de fluide cisaillée en rotation

Nathanael Schaeffer (IRPHE, Marseille)

Un modèle Quasi-Géostrophique (QG) est utilisé pour étudier les instabilités d'une couche de cisaillement en rotation rapide (couche de Stewartson). Nous montrons que la pente est le paramètre clé de l'instabilité, qui prend la forme d'ondes de Rossby. En plus de la viscosité, nous avons implémenté une friction d'Ekman réaliste (à partir de la formule de Greenspan) à notre modèle QG. Ceci nous permet d'atteindre des régimes d'écoulement tournants très turbulents, avec une dissipation réaliste à toutes les échelles.
Ces écoulements sont également des dynamos qui sont relativement faciles à démarrer, pour des nombres de Prandtl magnétiques (Pm) modérés à très faibles. l'action dynamo semble s'étendre pour Pm arbitrairement petit, avec un nombre de Reynolds magnétique critique (Rm) approximativement constant. L'aspect ondulatoire (ondes de Rossby) de l'écoulement est ici indispensable pour obtenir une dynamo. Enfin, nous examinerons la question de la dissipation dans ces dynamo.

Monday, January 16th, 11AM:
The electron as a soliton in classical electromagnetism

Theo M. Nieuwenhuizen (Instituut voor Theoretische Fysica, Amsterdam)

In classical electrodynamics, extended with gradients of the electric and magnetic fields, a soliton is presented and considered as a model for the electron. It has a ring shape, with diameter equal to the Compton length $\hbar/mc$ and thickness smaller by one order of the fine structure constant. The soliton has spin -1/2, a g-factor equal to 2, and an electric quadrupole moment that is also ``twice too large''.
From this setup, all relativistic corrections to the classical version of the Pauli Hamiltonian are derived. There appears an additional, spin-dependent quadrupolar force that may vanish on the average.
This picture allows to explain particle-antiparticle annihilation on the basis of electromagnetic attraction.



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