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Colloquium 2011-2012

2011-2012

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.