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Problèmes en suspens dans la physique statistique de la matière active
Benoît Mahault
Jeudi 30/08/2018, 14h00-17h00
Amphi. Bloch, Bât. 774, Orme des Merisiers, CEA-Saclay

Résumé de la thèse :

La matière active désigne les systèmes hors d'équilibre composés de particules capable d'utiliser l'énergie présente dans leur environnement afin de se déplacer de façon systématique. Elle a suscité beaucoup d'attention auprès des communautés de mécanique statistique et matière molle ces dernières décennies. Les systèmes actifs couvrent en effet un large panel d'exemples allant de la biologie aux granulaires. Cette thèse se concentre sur l'étude de modèles minimaux de matière active sèche (ceux pour lesquels le fluide dans lequel les particles sont immergées est négligé) définissant des classes d'universalité hors équilibre.

Quatre problèmes en suspens ont été abordés :

  1. La définition d'une classe d'universalité qui décrit des systèmes de particules présentant un alignement polaire et un mouvement apolaire. Cette nouvelle classe exhibe une transition continue vers un quasi-ordre polaire doté d'exposants variant continûment, et donc analogue au modèle XY à l'équilibre, mais n'appartenant pas à la classe d'universalité Kosterlitz-Thouless.
  2. L'étude de la validité des théories cinétiques décrivant les modèles de type Vicsek, qui sont confrontées aux résultats obtenus aux niveaux microscopique et hydrodynamique.
  3. Une évaluation quantitative de la théorie de Toner et Tu, permettant de mesurer les exposants caractérisant les fluctuations dans la phase ordonnée du modèle de Vicsek, à partir de simulations numériques à grande échelle du modèle microscopique.
  4. La création d'un formalisme pour la dérivation d'équations hydrodynamiques à partir de modèles de matière active sèche à trois dimensions, ainsi que leur étude au niveau linéaire.

Mots-clés :


Outstanding issues in the statistical physics of active matter

Summary:

Active matter, i.e. nonequilibrium systems composed of many particles capable of exploiting the energy present in their environment in order to produce systematic motion, has attracted much attention from the statistical mechanics and soft matter communities in the past decades. Active systems indeed cover a large variety of examples that range from biological to granular. This Ph.D. focusses on the study of minimal models of dry active matter (when the fluid surrounding particles is neglected) that define nonequilibrium universalilty classes.

Four current issues have been addressed:

  1. Definition of a new universality class of dry active matter with polar alignment and apolar motion, showing a continuous transition to quasi-long-range polar order with continuously varying exponents, analogous to the equilibrium XY model, but that does not belong to the Kosterlitz-Thouless universality class.
  2. Study of the faithfulness of kinetic theories for simple Vicsek-style models and their comparison with results obtained at the microscopic and hydrodynamic levels.
  3. Quantitative assessment of the Toner and Tu theory, which has allowed to compute the exponents characterizing fluctuations in the flocking phase of the Vicsek model, from large scale numerical simulations of the microscopic dynamics.
  4. Establishment of a formalism allowing for the derivation of hydrodynamic field theories for dry active matter models in three dimensions, and their study at the linear level.

Keywords:

Contact : Hugues CHATE

 

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