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Seminars 2014

-2014

Monday, December 1st, 11AM:
The Quantum and Fluid Mechanics of Global Warming

Brad Marston (Brown University)

Quantum mechanics plays a crucial, albeit often overlooked, role in our understanding of the Earth's climate. In this talk three well known aspects of quantum mechanics are invoked to present a simple physical picture of what will happen as the concentrations of greenhouse gases such as carbon dioxide continue to increase. Historical and paleoclimatic records are interpreted with some basic astronomy, fluid mechanics, and the use of fundamental laws of physics such as the conservation of angular momentum. Live simulations will illustrate the basic physical principles governing large scale atmospheric circulation. I conclude by discussing some possible ways that physics might be able to contribute to a deeper understanding of climate change.

Monday, November 24th, 11AM:
How seismic waves can be used to constrain landslide dynamics and rheology

Anne Mangeney (IPGP, Universite Paris Diderot)

Gravitational instabilities such as landslides or avalanches play a key role in erosion processes on the Earth surface and represent one of the major natural hazards threatening life and property in mountainous, volcanic, seismic and coastal areas. The unpredictable nature and destructive power of landslides make fast and reliable in situ measurements of their properties extremely difficult. Consequently, remote seismic monitoring proves to be a unique tool for quantification of such phenomena. Seismic signals can provide important information on the characteristics of the source and even on its dynamics and mechanical behaviour. However, inferring information from the seismic signal to characterize the "landslide source" suffers from uncertainties related to the respective role of topography, mass involved, flow dynamics and wave propagation on the recorded signal. We show here that coupled numerical modeling of landslide and generated seismic waves provides a new tool to address these issues. Simulation of the seismic signal makes it possible to discriminate between possible alternative scenarios for flow dynamics and to provide first estimates of the rheological parameters during the flow. Granular flow modeling and analysis of the seismic signals of hundreds of rockfalls within the Dolomieu crater in La Reunion island show that similar scaling laws can be defined between the seismic energy and the signal duration on one hand, and between the difference in the potential energy released during the event and the flow duration on the other hand. Based on these observations, we propose a simple method to estimate the volume of rockfalls from their seismic signal. As landquakes are continuously recorded by seismic networks, our results provide a new way to collect data on the dynamics and rheology of natural flows and to study the spatio-temporal change of gravitational activity in relation with volcanic, seismic or climatic activity.

Monday, November 17th, 11AM, AMPHI MERIEUX:
Quantum annealing and quantum simulation

Mathias Troyer (ETH Zurich)

Using the quantum adiabatic approach one can bring a quantum system from an easy to prepare state towards the ground state of a complex system. It can be used both to solve classical optimization problems in a quantum annealer, when the final Hamiltonian is a classical model representing the optimization problem. Alternatively it can be used as a quantum simulator to find low energy states of quantum models. I will discuss both approaches in the context of superconducting qubit devices and ultracold atomic gases. I will assess their potential and limitations and will draw analogies to the history of classical computing.

Monday, November 3rd, 11AM:
Transferts d'énergie en turbulence

Julien Salort (Laboratoire de physique)

Le transfert d'énergie est un problème multifacette qui est au cœur de la physique des fluides. Dans certains systèmes comme la convection thermique, on s'intéresse au transfert de chaleur à travers une couche de fluide d'une plaque chaude vers une plaque froide. En turbulence, l'énergie est injectée à grande échelle et dissipée à petite échelle sous forme de chaleur. J'aborderai dans ce séminaire ces deux aspects du transfert d'énergie en utilisant deux systèmes modèles: la convection de Rayleigh-Bénard et la turbulence dans un fluide modèle, l'hélium superfluide, dont la viscosité peut tendre vers zéro, sous certaines conditions. Mon approche consiste à mener une étude locale de l'écoulement à l'aide d'une instrumentation de pointe. L'analyse des fluctuations obtenues (température, vitesse, vorticité, notamment) permet, en effet, d'obtenir des informations sur la structure de l'écoulement et sur les modes de transfert d'énergie. Un aperçu de ces expériences sera donné dans cette présentation, ainsi que quelques conclusions que l'on peut en tirer pour ces écoulements et pour les mécanismes de transferts d'énergie.

Monday, October 27th, 11AM:
Explosive synchronization in complex networks

Zonghua Liu (East China Normal University)

Synchronization transition has been intensively investigated in complex networks. It has been demonstrated this transition is always a second-order phase transition, no matter its network topology. However, this conclusion was recently challenged in SF networks of Kuramoto oscillators, where the phase transition was proved to be a first-order transition when the natural frequencies of the oscillators are positively correlated to the degrees of nodes. In this talk, I will discuss this topic and briefly introduce its recent progress.

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.