Auto-organisation de réseaux de micromoteurs : ordre, cohérence et ondes induites par le désordre

Résumé de la thèse

Au cours de cette thèse, Romane BRAUN a étudié les comportements émergents de métamachines constituées de centaines de micromoteurs en interaction, ordonnés sur un réseau carré. Dans une première partie, elle détaille les méthodes expérimentales permettant de concevoir et d’étudier un tel système. Elle décrit ensuite la dynamique individuelle d’un micromoteur. Enfin, elle montre que ces métamachines sont capables d’auto-organiser leur dynamique grâce aux seules interactions locales entre moteurs, sans instruction préprogrammée ou contrôle externe. Romane BRAUN montre notamment que les directions de rotation des moteurs sont capables de s’auto-organiser en un ordre antiferromagnétique lorsque les interactions transverses entre moteurs sont suffisamment fortes. Dans cet état ordonné des directions de rotation, elle analyse ensuite l’auto-organisation de la phase des moteurs. Les interactions dipolaires structurent spatialement les phases et permettent à la métamachine d’atteindre un état de cohérence élevé. Cependant, le désordre des vitesses de précession perturbe cette organisation en induisant l’apparition d’ondes métachronales dans le système.

Order, coherence, and disorder-induced waves in self-organizing micromotor networks

During this thesis, Romane BRAUN studied the emergent behaviors of metamachines composed of hundreds of interacting micromotors arranged on a square lattice. In the first part, she details the experimental methods used to design and study those systems. She then describes the individual dynamics of a single micromotor. Finally, she shows that these metamachines are capable of self-organizing their dynamics through local interactions between motors alone, without preprogrammed instructions or external control. In particular, Romane BRAUN demonstrates that the rotation directions of the motors can self-organize into an antiferromagnetic order when the transverse interactions between motors are sufficiently strong. In this ordered state of rotation directions, she then analyzes the self-organization of the motors’ phases. Dipolar interactions spatially structure the phases and enable the metamachine to reach a high level of coherence. However, disorder in the precession frequencies disrupts this organization by inducing the apparition of metachronal waves in the system.