Service de Physique de l'Etat Condensé

Dans un article publié le 28 décembre 2018 dans PNAS [1], le groupe d’Hugues Chaté (IRAMIS/SPEC), en collaboration avec celui de Hepeng Zhang à l’Université Jiao Tong de Shanghai, a réussi à modéliser quantitativement la structure et la dynamique des défauts topologiques d’un cristal liquide actif fait de bactéries.

In a recent article published in Phys. Rev. X [1], a collaboration between C. Nardini (SPEC) and Cambridge University studied phase separation phenomena in active colloidal fluids. It was shown that microphase separation, or phase separation between a vapour-like phase and a seemingly boiling liquid, should be generically expected. The analysis provides the basic framework to control these new phases of matter in future experiments.

La convection thermique est à l'origine des écoulements turbulents au sein des atmosphères planétaires, des océans, des étoiles et des planètes. En astrophysique, un des objectifs est de déterminer les lois régissant le transport convectif de chaleur, afin de les inclure dans les modèles d'évolution stellaire.

Dans un article publié le 17 Mai 2018, dans la revue Cell, l'équipe dirigée par Guillaume Duménil à l'Institut Pasteur, en collaboration avec le groupe d’Hugues Chaté (IRAMIS/SPEC) et celui de Raphaël Voituriez (UPMC), décrypte une étape clé de l’infection causée par le méningocoque, un pathogène humain responsable de méningites chez les nourrissons et les jeunes adultes.

Pour l'ensemble des activités humaines, les pertes thermiques représentent 20 à 50 % de la consommation totale d'énergie. Récupérer sous forme d'électricité une fraction de cette chaleur résiduelle aujourd'hui perdue, améliorerait grandement notre efficacité énergétique.

Les séismes majeurs sont imprévisibles et pourtant l'analyse statistique des évènements précurseurs et des répliques au choc principal suivent des lois statistiques aujourd'hui bien établies, mais dont l'origine reste encore très mal comprise. En physique statistique, les mêmes lois peuvent s'appliquer à des systèmes en apparence très différents.

Dans une expérience de laboratoire, les chercheurs de l’Iramis/SPEC ont observé qu'un écoulement très turbulent pouvait présenter une dynamique chaotique entre plusieurs régimes d'écoulements métastables.

Les mouvements de convexion des plasmas ou liquides conducteurs au cœur des étoiles et de certaines planètes sont à l'origine de l'émergence spontanée d'un champ magnétique par effet dynamo.

An international team published in Nature, the discovery and interpretation of a surprising form of biological collective motion:  They observed that millions of motile cells in dense bacterial suspensions can self-organize into highly robust collective oscillatory motion, while individuals move in an erratic manner.

Une équipe du Service de Physique de l'État Condensé (IRAMIS/SPEC – UMR 3680 CEA-CNRS) est coordinatrice du projet européen H2020 – FET Proactive* MAGENTA, qui est lancé le 23 janvier 2017, pour une durée de 4 ans (2017-2020).

L'énergie mécanique injectée dans un fluide visqueux se dissipe sous forme de chaleur par l'effet de la viscosité. Cette conversion est extrêmement complexe, et s’opère via des mouvements tourbillonnants sur une large gamme d’échelles. Les physiciens pensent que ce processus est bien décrit par les équations de Navier-Stokes.

Les verres forment l’essentiel de nos matériaux du quotidien, et prennent une place croissante dans les technologies modernes (fibres optiques, etc…).

Pour relever le défi de l’accès à une énergie propre et durable il faut mener des efforts de recherche technologique mais aussi poser – ou réexaminer – des questions fondamentales sur la conversion d'énergie, toujours accompagnée de dissipation et d’une production d’entropie.

Les comportements d'imitation constituent la clé de voute de très nombreux phénomènes collectifs observés dans les groupes animaux.

La turbulence dans un fluide est un phénomène familier, qui se caractérise par la présence de tourbillons de toutes tailles et un comportement désordonné et imprédictible.

L’effondrement de structures molles est un phénomène omniprésent dans notre quotidien : la mousse d’un cappuccino soutient son poids, mais se brise irréversiblement sous les coups de cuillère impitoyables du chercheur en mal de caféine ; une pile de sable résiste au vent mais s’effondre lorsque l’on marche dessus.

  En collaboration avec des biologistes et physiciens du Centre de Recherches sur la Cognition Animale de Toulouse, l'équipe de Hugues Chaté (IRAMIS/SPEC/SPHYNX) a construit puis étudié un modèle permettant de simuler numériquement la dynamique collective d'un banc de poissons.

Une fracture sous l'effet d'une contrainte peut se propager de façon continue ou intermittente, et il est technologiquement très utile de pouvoir prédire dans quel régime se produira la propagation d'une éventuelle fissure. Par une approche statistique, une description globale des deux régimes a pu être obtenue, ainsi que le diagramme de phase précisant leurs conditions d'apparition.

La possibilité d’utiliser la chaleur issue de processus industriels comme source d’énergie d’appoint en complément de l’énergie d’origine fossile est une alternative  de plus en plus envisagée. La  récupération de cette énergie thermique peut être obtenue par voie thermoélectrique (effet Seebeck).

contact: F. Ladieu   Lorsqu’il est trempé sous sa température de transition vitreuse Tg, un verre se met à vieillir : ses propriétés se mettent à dépendre de son âge ta, c’est-à-dire du temps écoulé depuis le franchissement de Tg.

La turbulence d'un liquide conducteur permet l'émergence spontanée d'un champ magnétique par effet dynamo. Nous présentons la première mise en évidence expérimentale d’un champ magnétique spatialement localisé, engendré par cet effet dynamo.

( English version) L'émergence d'un ordre au sein d'une assemblée d'objets en interaction est toujours fascinante à étudier. L'observateur est alors face à de nombreuses questions sur l'origine profonde de cet ordre et les conditions de son apparition.

Les matériaux fragiles comme le verre se cassent par propagation de fissures. Pour prévoir leur comportement à la rupture il faut notamment connaître l'énergie mécanique dépensée et la vitesse d'avancée de la fissure et comprendre les facteurs dont elles dépendent.

  Contact: F. Daviaud   En étudiant la réponse d’un écoulement pleinement turbulent à une brisure de symétrie de son forçage, sur une gamme de nombre de Reynolds, Re, allant de 150 à 106,  nous avons récemment mis en évidence pour Re = 40 000 une transition de phase analogue à la transition para-ferromagnétique.

Le théorème de fluctuation-dissipation, reliant l'intensité des fluctuations d'une observable à la réponse à une sollicitation, est un principe vérifié pour tous les systèmes à l'équilibre thermodynamique.

( English version) La corrosion sous contrainte - action combinée de contraintes mécaniques et de corrosion par l'eau de l'atmosphère environnante - est souvent à l'origine de la propagation des fissures dans les verres.

( English version) Julien Deseigne et Olivier Dauchot, chercheurs du Groupe Instabilités et Turbulence de l’IRAMIS-SPEC ont montré expérimentalement l’existence d’une mise en mouvement collective spontanée dans un système de grains circulaires vibrés autopropulsés. L’émergence de cet ordre est remarquable à deux titres.

( English version) Les chercheurs du Groupe Instabilités et Turbulence de l'IRAMIS-SPEC ont montré expérimentalement que la transition de blocage de matériaux granulaires amorphes, qui se traduit par l'apparition d'une rigidité globale, se manifeste par la croissance d'une longueur de corrélation présentant un caractère critique.

Du point de vue de leur comportement à la rupture, les matériaux sont traditionnellement regroupés en trois grandes classes : (i) les matériaux ductiles qui, comme les métaux, se déforment de manière plastique avant leur rupture (ii) les matériaux quasi-fragiles, tels que les roches ou les bétons, où la fracture débute par un endommagement sous forme de microfissures, dont la coalescence amène à la rupture brutale.

La compréhension de la formation des solides amorphes, tels que les verres structuraux et colloïdaux, ou les empilements granulaires demeure un des défis majeurs de la matière condensée.