Dissertations / Theses: 'Matière active (physique)'

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Solon, Alexandre. "Physique statistique de la matière active." Sorbonne Paris Cité, 2015. http://www.theses.fr/2015USPCC118.

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Abstract:

Les systèmes actifs, composés de particules capables de transformer l'énergie stockée dans leur environnement pour s'autopropulser, sont omniprésents dans la nature. On les trouve à toutes les échelles: des moteurs moléculaires aux groupes d'animaux, en passant par les tissus cellulaires et les colonies de bactéries. Ces systèmes hors d'équilibre ont attiré l'attention des physiciens car ils présentent une phénoménologie plus riche que les systèmes passifs, que l'on peut cependant comprendre à partir de modèles simples. Dans cette thèse, nous avons étudié analytiquement et numériquement des modèles minimaux de particules actives. Ceux-ci nous ont permis de comprendre différents phénomènes spécifiques à la matière active et d'étudier le comportement à grand échelle de plusieurs classes de systèmes. La thermodynamique des systèmes actifs est fondamentalement différente de celle des systèmes d'équilibre. Nous montrons en particulier que la pression mécanique d'un fluide de particules actives n'est pas donnée par une équation d'état. La pression n'est donc pas seulement une propriété du fluide et dépend du détail des interactions avec les parois du récipient dans lequel il est confiné. Nous étudions également deux transitions de phase propres à la matière active: la séparation de phase induite par la motilité et la transition vers le mouvement collectif. Dans les deux cas, on observe une séparation de phase entre un liquide et un gaz dont nous étudions la coexistence. Pour la transition vers le mouvement collectif on distingue deux classes d'universalité, en fonction de la symétrie des particules, qui ont des coexistences de phase différentes
Active systems, composed of particles capable of using the energy stored in their medium to self-propel, are ubiquitous in nature. They are found at all scales: from molecular motors to cellular tissues, bacterial colonies and animal groups. These out-of-equilibrium systems have attracted a lot of attention from the physics community because they show a richer phenomenology than passive systems that we can still understand using simple models. In this thesis, we study analytically and numerically minimal models of active particles. They allow us to understand different phenomena that are characteristic of active matter and to study the large-scale behavior of several classes of systems. The thermodynamics of active systems is fundamentally different from that of equilibrium systems. In particular, we show that the mechanical pressure of an active particle fluid is not given by an equation of state. The pressure is thus not a property of the fluid and depends on the details of the interaction with the containing vessel. We also study two phase transitions that specific to active matter: The motility-induced phase separation and the transition to collective motion. In both cases, we observe a phase separation between a liquid and a gas and study their coexistence. For the transition to collective motion, we exhibit two universality classes, based on the particles' symmetry, which have different types of coexistence phases

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Keta, Yann-Edwin. "Emergence of disordered collective motion in dense systems of isotropic self-propelled particles." Electronic Thesis or Diss., Université de Montpellier (2022-....), 2023. http://www.theses.fr/2023UMONS025.

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Abstract:

La matière active est une vaste classe de matériaux au sein desquels chaque entité, les particules actives, consomme de l'énergie pour effectuer un mouvement. Ces matériaux sont à l'intersection de plusieurs champs de recherche distincts, tels que la biologie, l'ingénierie et la physique, et ont donc attiré une attention considérable. En raison de leur consommation perpétuelle d'énergie, ces systèmes sont hors de l'équilibre thermodynamique. En conséquence ils exhibent une myriade de phénomènes surprenants qui défient notre conception des phases et dynamiques à l'équilibre. Parmi eux, le mouvement collectif est particulièrement intriguant et excitant sous plusieurs aspects. Premièrement parce qu'il émerge dans des systèmes aux échelles de longueur et de temps distinctes, des ensembles de cellules aux larges foules, troupeaux et essaims, avec cependant des caractéristiques communes. Cela suggère alors une logique universelle derrière dans les mécanismes à l'origine de ces différents comportements collectifs. Deuxièmement parce que certains de ces mouvements ont des signatures communes avec des phénomènes d'équilibre. Bien que ces derniers soient très divers, allant de la transition vitreuse à la turbulence inertielle, ces connections donnent accès à de nombreux outils et concepts afin de caractériser les comportements hors-équilibre. Troisièmement parce que les applications possibles d'une compréhension fine voire du contrôle de ces phénomènes sont d'une grande portée~: traitement de pathologies spécifiques, conception de matériaux intelligents, gestion des foules, etc. Dans cette Thèse, nous nous concentrons sur la matière active dense, où le mouvement des particules individuelles est entravé par des effets d'encombrement, et cherchons à caractériser comment le mouvement collectif émerge de cette compétition. Pour cela nous utilisons un modèle simple en deux dimensions de particules auto-propulsées isotropes, à savoir des particules d'Ornstein-Uhlenbeck, où l'écart à la limite d'équilibre est contrôlée par le temps de persistance des forces de propulsion. En raison de sa simplicité, les phénomènes décrits pour ce modèle ont le potentiel de s'appliquer à une variété de matériaux. Nous cartographions les phases de ce modèle, du régime proche de l'équilibre à petite persistance au régime loin de l'équilibre à grande persistance. Nous concentrons nos efforts sur ce second régime, là où a été récemment montré l'émergence de corrélations de vitesse. Nous démontrons qu'une phase liquide désordonnée existe à très grande persistance, à condition que la polydispersité frustre l'ordre structurel, et que ce liquide exhibe différentes manifestations de mouvement collectif désordonné. D'abord, nous montrons que les systèmes persistants sont dynamiquement arrêtés à grande densité. Dans le voisinage de l'arrêt dynamique, nous trouvons que le liquide affiche des hétérogénéités dynamiques similaires aux systèmes denses à l'équilibre. Nous examinons, dans une limite idéale de persistance infinie, les processus microscopiques menant à ces hétérogénéités. Ensuite, à distance de l'arrêt dynamique, nous montrons que notre modèle exhibe des écoulements d'advection chaotiques, à l'instar des systèmes turbulents. Nous mettons en exergue comment ce comportement spécifique pourrait être universel au sein d'une classe plus large de systèmes actifs s'appuyant sur une compétition entre l'encombrement et le forçage persistant. Enfin, dans des systèmes monodisperses qui exhibent à grande densité un ordre à longue portée, nous décrivons les mécanismes permettant la relaxation structurelle loin de l'équilibre
Active matter is a broad class of materials within which individual entities, the active particles, consume energy in order to perform movement. These materials are at the intersection of many distinct fields of research, such as biology, engineering, and physics, and have thus attracted considerable attention. Because of their perpetual consumption of energy, these systems are out of thermodynamic equilibrium. As a consequence they display a wealth of surprising phenomena which challenge our conception of equilibrium phases and dynamics. Among them, collective motion is particularly intriguing and exciting on multiple grounds. First because it emerges in systems with distinct length and time scales, from collections of cells to large crowds, flocks, and swarms, yet with some common characteristics. This thus suggests some sense of universality in the mechanisms leading to different collective behaviours. Second because parts of these motions display signatures shared with other equilibrium phenomena. While the latter are very diverse, ranging from the glass transition to inertial turbulence, these connections mean that a number of concepts and tools are readily available to describe out-of-equilibrium behaviours. Third because the possible applications of the understanding and control of these phenomena are far-reaching: treatment of specific pathologies, design of intelligent materials, crowd management, etc. In this Thesis, we focus on dense active matter, where the movement of individual particles is hindered by crowding effects, and aim to characterise how this competition leads to emerging collective motion. To this effect we use a simple model of two-dimensional isotropic self-propelled particles, namely active Ornstein-Uhlenbeck particles, where the departure from the equilibrium limit is controlled via the persistence time of propulsion forces. Owing to its simplicity, the phenomena described within this model have the potential to apply to a broad range of materials. We broadly map the phase behaviour of this model, from the equilibrium-like regime at small persistence to the to far-from-equilibrium regime at large persistence. We focus our efforts on the latter regime, where velocity correlations were recently shown to emerge. We demonstrate that a disordered liquid phase exists up to very large persistence, if polydispersity frustrates the ordering of the system, and that this persistent liquid displays various manifestations of disordered collective motion. First, we show that persistent systems are dynamically arrested at large packing fraction. Close to dynamical arrest, we find that the liquid displays dynamical heterogeneity similar to equilibrium dense systems. We investigate, in the idealised limit of infinite persistence, the microscopic processes leading to these heterogeneities. Then, away from dynamical arrest, we show that our model displays chaotic advection flows, as typically shown by turbulent systems. We highlight how this specific behaviour may be universal to a broader class of active systems relying on the competition of crowding and persistent forcing. Finally, in monodisperse systems which display long-range order at large packing fraction, we describe the far-from-equilibrium mechanisms leading to structural relaxation

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Zakine, Ruben. "Interactions médiées dans la matière molle et tension de surface des fluides actifs." Thesis, Université de Paris (2019-....), 2019. http://www.theses.fr/2019UNIP7080.

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Abstract:

Cette thèse aborde deux thématiques chères à la matière molle, à savoir, l’apparition d’interaction médiées par le milieu entre objets de taille nanométrique ou micrométrique, et la notion de tension de surface dans les systèmes hors de l’équilibre. La première partie de cette thèse est consacrée à l’étude de systèmes dans lesquelles les interactions entre particules sont médiées par un champ fluctuant. Nous étudions dans un premier temps un système hors d’équilibre et nous montrons que l’existence d’interactions médiées associées à l’activité des particules qui place le système hors de l’équilibre conduit à la formation de structures complexes. Nos prédictions s’appuient sur des méthodes de mécanique statistique mais surtout sur des méthodes de dynamique non-linéaire utilisées pour prédire l’apparition de motifs dans les systèmes dans lesquels il existe une quantité conservée. Le seconde étude de cette partie est dédiée à l’explication des interactions émergentes observées expérimentalement dans des systèmes de particules colloidales insérées dans des phases lamellaires lyotropiques. En partant de la description microscopique des interactions entre particules et couches de surfactants, nous calculons de façon exacte la force effective qui émerge entre particules seulement. Ces résultats analytiques sont ensuite utilisés pour distinguer et identifier, parmi deux types possibles d’interactions entre lamelles et particules, lequel est observé dans notre système expérimental à l’étude. La seconde partie de cette thèse s’attache à identifier la notion de tension de surface dans les fluides actifs. Nous parvenons à proposer une définition de la tension de surface qui relie les forces macroscopiques aux forces microscopiques existant entre particules, ou entre particules et un mur confinant. Lorsque le fluide actif est en contact avec un mur, la tension de surface solide-fluide est en général d’une nature plus complexe que celle que l’on peut définir pour son analogue d’équilibre. Par ceci, nous entendons que la valeur mesurée de la tension de surface peut dépendre de la géométrie ou d’autres détails de l’appareil de mesure utilisé. Nous montrerons également que des appareils de mesure correctement choisis permettent d’accéder à une tension de surface intrinsèque au matériau(et non plus à la géométrie), caractéristique d’une variable d’état d’équilibre. Les séparations de phases de type liquide-vapeur peuvent être également rencontrées dans les assemblées de particules auto-propulsées, lorsque celles-ci sont sujettes à une séparation de phase induite par la motilité. Nous montrons alors que la tension de surface associée à l’interface liquide-vapeur possède une définition mécanique cohérente avec avec son interprétation d’équilibre
This thesis focuses on two topics ubiquitous in soft matter: first, mediated interactions between nano-to-micrometer sized objects, second, surface tension in out-of-equilibrium systems. The first part of this thesis is devoted to the properties of a system of particles whose interactions are mediated by a fluctuating background. We start with a nonequilibrium study and we show that the combination of mediated interactions and of the nonequilibrium drive leads to complex structures. Our predictions, beyond statistical mechanical methods, rest on extending the methods of nonlinear dynamics in pattern forming systems, to systems with a local conservation law. The second study of this part is dedicated to an equilibrium experimental system of colloidal particles embedded in lyotropic lamellar phases. Relying on a bottom-up approach, we implement the details of the interaction between each colloidal particle and each lamella to come up with an exact description of the effective force emerging between colloids. These analytical results are then used to discriminate between two types of interaction, both being possibly encountered in experiments. The second part of this thesis focuses on the notion of surface tension for interfaces involving active fluids. We will come up with a definition relating macroscopic forces to microscopic ones, either between particles or, when applicable, between particles and a confining medium. When the active fluid is in contact with a solid boundary, the solid-fluid surface tension is, in general, a more complex quantity than its equilibrium counterpart. By this we mean that its value may depend on the geometry or other details of the measuring device. We will also show that a carefully designed probe allows us to access an equation-of-state-abiding surface tension akin to its equilibrium counterpart. Liquid-vapor interfaces can also be encountered in assemblies of self-propelled particles when these undergo a motility-induced phase separation. We show also that the surface tension associated to a liquid-vapor interface possesses a mechanical definition that echoes the equilibrium one

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Jorge, Camille. "Hydraulique des liquides actifs : défauts, boucles et frustration." Electronic Thesis or Diss., Lyon, École normale supérieure, 2024. http://www.theses.fr/2024ENSL0027.

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Abstract:

L'objectif de ce travail de thèse est de déterminer les lois fondamentales qui décrivent les écoulement de fluides actifs confinés dans des réseaux hydrauliques. Dans la première partie, je détaille les méthodes expérimentales et le système modèle que j'ai instauré. Ensuite, en me focalisant sur les réseaux hydrauliques réguliers de valence impaire, j'établis une analogie directe entre l'hydraulique active et le magnétisme frustré. Je démontre notamment pourquoi les écoulements spontanés des liquides actifs sont généralement dégénérés, caractérisés par des lignes de courant aux géométries auto-similaires. Par une combinaison d'études expérimentales et numériques, je lie la géométrie aléatoire macroscopique des écoulements à la forme microscopique des canaux constituant le réseau hydraulique, proposant ainsi un cadre théorique minimal pour prédire et expliquer la diversité structurale des écoulements. Dans la troisième partie, j'étends les lois de l'hydraulique active à une classe de réseaux plus étendus. Je démontre également comment les motifs d'écoulement sont liés aux conformations de glaces de spins et, de manière plus générale, aux modèles de vertex. Ces correspondances quantitatives permettent une prédiction solide de la géométrie des écoulements, établissant des liens entre des domaines de la physique jusqu'alors distincts. En conclusion, je résume mes résultats et propose un programme de recherche visant à parfaire notre compréhension des écoulements de la matière active dans les réseaux hydrauliques
The aim of this thesis is to determine the fundamental laws that describe the flow of active fluids confined in hydraulic networks. In the first part, I detail the experimental methods and the model system I have established. Then, by focusing on regular hydraulic networks of odd valence, I establish a direct analogy between active hydraulics and frustrated magnetism. In particular, I demonstrate why the spontaneous flows of active liquids are generally degenerate, characterized by streamlines with self-similar geometries. Through a combination of experimental and numerical studies, I link the macroscopic random geometry of the flows to the microscopic shape of the channels constituting the hydraulic network, thus proposing a minimal theoretical framework to predict and explain the structural diversity of the flows. In the third part, I extend the laws of active hydraulics to a broader class of networks. I also demonstrate how flow patterns are related to spin ice configurations and, more generally, to vertex models. These quantitative correspondences allow for a robust prediction of the flow geometry, establishing links between previously distinct areas of physics. In conclusion, I summarize my results and propose a research program aimed at improving our understanding of the flow of active matter in hydraulic networks

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Mahault, Benoît. "Outstanding problems in the statistical physics of active matter." Thesis, Université Paris-Saclay (ComUE), 2018. http://www.theses.fr/2018SACLS250/document.

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Abstract:

La matière active, désignant les systèmes hors d’équilibre composés de particules étant capable d’utiliser l’énergie présente dans leur environnement afin de se déplacer de façon systématique, 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), tel que le modèle de Vicsek qui considère des particules ponctuelles se déplaçant à vitesse constante tout en alignant leur direction de mouvement avec celles de leurs voisins localement en présence de bruit, et définit une classe d’universalité hors équilibre pour la transition vers le mouvement collectif. Quatre problèmes en suspens ont été abordés : La définition d’une classe d’universalité en matière active sèche qui décrit des systèmes de particles présentant un alignement polaire et un mouvement apolaire. Cette nouvelle classe exhibe une transition continue vers un quasi-ordre polaire doté d’exposants variant continument, et donc analogue au modèle XY à l’équilibre, mais n’appartenant pas à la classe d’universalité Kosterlitz-Thouless. Ensuite, 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. Puis 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. Enfin, 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
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), such as the Vicsek model: point-like particles moving at constant speed and aligning their velocities with those of their neighbors locally in presence of noise, that defines a nonequilibrium universalilty class for the transition to collective motion. Four current issues have been addressed: The definition of a new universality class of dry active matter with polar alignment and apolar motion, showing a continuous transition to quasilong-range polar order with continuously varying exponents, analogous to the equilibrium XY model, but that does not belong to the Kosterlitz-Thouless universality class. Then, the study of the faithfulness of kinetic theories for simple Vicsek-style models and their comparison with results obtained at the microscopic and hydrodynamic levels. Follows a quantitative assessment of 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. Finally, the 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

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Fodor, Etienne. "Tracking nonequilibrium in living matter and self-propelled systems." Sorbonne Paris Cité, 2016. http://www.theses.fr/2016USPCC114.

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Abstract:

Les systèmes vivants évoluent hors de l'équilibre par l'injection permanente d'énergie fournie par l'ATP. La dynamique des composants intracellulaires, tels que les protéines, organelles et filaments du cytosquelette, est contrôlée par des fluctuations thermiques d'équilibre ainsi que des forces actives aléatoires produites par les moteurs moléculaires. Des traceurs sont injectés dans les cellules pour étudier ces fluctuations. Pour distinguer les fluctuations hors de l'équilibre des effets purement thermiques, des mesures de fluctuations spontanées et de réponse sont combinées. On récapitule théoriquement les fluctuations observées à l'aide d'un modèle phénoménologique. Cela nous permet de quantifier les échelles de temps, de longueur, et d'énergie des fluctuations actives dans trois systèmes expérimentaux : des mélanomes, des ovocytes de souris, et des tissus épithéliaux. Les particules auto-propulsées extraient de l'énergie de leur environnement pour effectuer un mouvement dirigé. Une telle dynamique conduit à une riche phénoménologie qui ne peut être capturée par la physique d'équilibre. Un exemple frappant est la possibilité pour des particules répulsives de subir une séparation de phase. Pour un modèle spécifique d'auto-propulsion, nous explorons à quelle distance de l'équilibre opère la dynamique. Nous quantifions la rupture du renversement temporel, et nous délimitons un régime d'équilibre effectif. L'identification de ce régime est basée sur l'analyse des fluctuations et réponse des particules
Living systems operate far from equilibrium due to the continuous injection of energy provided by ATP supply. The dynamics of the intracellular components, such as proteins, organelles and cytoskeletal filaments, are driven by both thermal equilibrium fluctuations, and active stochastic forces generated by the molecular motors. Tracer particles are injected in living cens to study these fluctuations. To sort out genuine nonequilibrium fluctuations from purely thermal effects, measurements of spontaneous tracer fluctuations and of response are combined. We theoretically rationalize the observed fluctuations with a phenomenological model. This model, in turn, allows us to quantify the time, length and energy scales of the active fluctuations in three different experimental systems: living melanoma cells, living mouse oocytes, and epithelial tissues. Self-propelled particles are able to extract energy from their environment to perform a directed motion. Such a dynamics lead to a rich phenomenology that cannot be accounted for by equilibrium physics arguments. A striking example is the possibility for repulsive particles to undergo a phase separation, as reported in both experimental and numerical realizations. On a specific model of self-propulsion, we explore how far from equilibrium the dynamics operate. We quantify the breakdown of the irreversibility of the dynamics, and we delineate a bona fide effective equilibrium regime. Our insight into this regime is based on the analysis of fluctuations and response of the particles

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Dinelli, Alberto. "Scalar active matter across scales." Electronic Thesis or Diss., Université Paris Cité, 2024. http://www.theses.fr/2024UNIP7003.

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Abstract:

La matière active englobe les systèmes hors d'équilibre dont les constituants microscopiques exercent des forces d'auto-propulsion non conservatives sur leur environnement. L'auto-organisation des unités actives en structures complexes est observée à toutes les échelles dans le monde vivant, des écosystèmes bactériens aux groupes d'oiseaux. De plus, ces dernières années, les physiciens et les chimistes ont été capables de concevoir des particules synthétiques capables d'auto-propulsion, telles que les colloïdes de Janus auto-phorétiques ou les rollers de Quincke, ouvrant ainsi la voie à la réalisation de matériaux actifs intelligents. À cet égard, comprendre le lien entre la dynamique microscopique des particules actives et leurs propriétés à grande échelle est un problème crucial tant pour la biologie que pour l'ingénierie bio-mimétique. Dans ce manuscrit, nous comblons cette lacune pour un certain nombre de systèmes actifs scalaires, i.e. des systèmes actifs dont le seul mode hydrodynamique à grande échelle est le champ de densité. En particulier, une grande partie du manuscrit est consacrée aux systèmes actifs à plusieurs composants, ou mélanges actifs, dont l'étude est pertinente pour obtenir des descriptions plus réalistes des communautés biologiques: des écosystèmes animaux aux colonies bactériennes, la polydispersité est omniprésente dans les systèmes vivants. Le manuscrit est structuré comme suit. Dans le chapitre 1, nous présentons une revue méthodologique sur les techniques de coarse-graining dans les systèmes actifs scalaires. Ces méthodes sont ensuite appliquées dans le chapitre 2 pour caractériser le comportement à grande échelle de particules actives en présence de différents mécanismes tactiques. La deuxième partie de la thèse est consacrée aux comportements collectifs dans les systèmes actifs scalaires en interaction. Dans le chapitre 3, nous étudions la régulation de la motilité non réciproque dans les mélanges binaires de particules actives, révélant l'impact de la non-réciprocité microscopique sur l'organisation macroscopique du système. Suivant cette ligne, dans le chapitre 4, nous considérons un écosystème bactérien où un grand nombre d'espèces coexistent ensemble, révélant comment une infime régulation de la motilité aléatoire peut suffire à favoriser la formation de communautés bactériennes distinctes. Pour conclure, dans le chapitre 5, nous passons de la matière biologique à la matière active synthétique, en étudiant un modèle de bâtonnets de Quincke autopropulsés. En particulier, nous montrons comment ces particules subissent une transition de condensation arrêtée, où la compétition entre quorum sensing et répulsion stérique est cruciale pour stabiliser les phases coexistantes
Active matter encompasses out-of-equilibrium systems whose microscopic constituents exert non-conservative self-propulsion forces on their environment. The self-organization of active units into complex structures is observed at all scales in the living world, from bacterial ecosystems to flocks of birds. Furthermore, in recent years, physicists and chemists have been able to engineer synthetic particles capable of self-propulsion, such as self-phoretic Janus colloids or Quincke rollers, thus paving the way towards the realization of smart active materials. In this regard, understanding the link between the microscopic dynamics of active particles and their large-scale properties is a crucial problem for both biology and bio-inspired engineering. In this manuscript, we bridge this gap for a number of scalar active systems, i.e. active systems where the only large-scale hydrodynamic mode is the conserved density field. In particular, a large part of the manuscript is devoted to multi-component active systems---or active mixtures---whose study is relevant to achieve more realistic descriptions of biological communities: from animal ecosystems to bacterial colonies, polydispersity is ubiquitous in living systems. The manuscript is structured as follows. In Chapter 1 we provide a methodological review of coarse-graining techniques in scalar active systems. These methods are then applied in Chapter 2 to characterize the large-scale behaviors of non-interacting active particles with different tactic mechanisms. The second part of the thesis is devoted to collective behaviors in interacting scalar active systems. In Chapter 3 we study the impact of non-reciprocal motility regulation in binary mixtures of active particles, and show how the microscopic non-reciprocity affects the macroscopic organization of the system. Following this line, in Chapter 4 we consider a bacterial ecosystem where a large number of species coexist, revealing how weak, random motility regulation can be sufficient to promote the formation of distinct bacterial communities. To conclude, in Chapter 5 we shift from biological to synthetic active matter, studying a model for self-propelled Quincke rods. In particular, we show how these rods can undergo an arrested condensation transition, where the interplay between quorum-sensing and steric repulsion is crucial to stabilize the coexisting phases

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Fins, Carreira Aderito. "Matière active versus gravité : équation d’état et capillarité effectives de suspensions de particules autopropulsées." Electronic Thesis or Diss., Lyon 1, 2023. http://www.theses.fr/2023LYO10130.

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Abstract:

La matière active est un domaine en pleine expansion au cours de ces dernières années. Elle est constituée d'entités capables d'utiliser une source d'énergie pour produire un travail local comme de l'auto-propulsion. Cette matière, hors équilibre, possède des propriétés fascinantes comme l'auto-organisation telle qu'observée dans une nuée d'oiseaux. Cependant, cette matière ne se limite pas au vivant et des système actifs abiotiques ont été développés. En particulier, au cours de cette thèse, nous utilisons des microparticules auto-propulsées. Nos objectifs sont de comprendre comment elles s'organisent en présence de gravité et au contact d'une paroi. Notre système est constitué de colloïdes Janus Au/Pt capables de s'auto-propulser en présence d'eau oxygénée par des mécanismes phorétiques. Les colloïdes étant plus denses que l'eau, ils forment une monocouche au fond du récipient. Si ce fond est légèrement incliné, nous observons une sédimentation 2D. Pour les systèmes colloïdaux à l'équilibre, le profil de sédimentation renferme l'équation d'état du système. Pour les systèmes actifs, une équation d'état n'existe pas dans le cas général mais on peut toutefois définir des grandeurs thermodynamiques analogues. J'ai mesuré le profil de sédimentation de mon système actif et je l'ai confronté à des modèles développés pour des particules brownienne actives en milieu « sec » (ABPs). J'ai pu ainsi montrer que le rôle du fluide porteur ne peut être négligé. Dans une deuxième partie, nous nous sommes intéressés aux propriétés de mouillage de ce système. La matière active est connue pour présenter des propriétés de mouillage effectives mais aucune étude expérimentale avec un système analogue au notre ne s'est focalisée sur le phénomène de mouillage d'une paroi plongée à la verticale dans un sédiment. Nous montrons qu'il s'y forme une couche d'adhésion accompagnée d'une remontée de la densité à la paroi. Pour mieux comprendre les phénomènes observés, nous les avons confrontés à un modèle numérique d'ABPs pour lequel nous pouvons faire varier les interactions entre les particules et la paroi. En jouant sur l'adhésion et l'alignement à la paroi, on est capable de reproduire les résultats expérimentaux. En effet, l'implémentation de ces interactions à la paroi permet, dans une certaine mesure, de prendre en compte numériquement le fluide porteur et donc les interactions hydrodynamique et phorétique de nos colloïdes avec la paroi. On montre ainsi que ces interactions exacerbe grandement la polarisation de la vitesse de propulsion des particules à la paroi qui est en grande partie à l'origine de la remontée de densité. En effet, il a été démontré qu'en régime stationnaire et dilué, les particules loin de la paroi sont capables de se polariser à l'encontre de la gravité. Nous montrons que cette polarisation est amplifiée par un alignement sur une paroi verticale. De plus, l'ajout d'une attraction supplémentaire permet de piéger plus fortement les particules le long de la paroi qui vont alors remonter plus haut que ne le feraient des ABPs sans interactions avec la paroi. Au fur à mesure de leur ascension, les particules vont « s'évaporer » et chuter loin de la paroi conduisant à des mouvements globaux dans le système. La paroi agit comme un moteur de la circulation qui met en mouvement les particules dans le système de façon collective à une échelle bien plus grande que celle de la particule. Enfin, dans la perspective de caractériser la microrhéologie de la matière active, nous présentons également dans cette thèse l'ensemble des avancées sur la conception d'un nouveau microrhéomètre magnétique ainsi que les travaux sur la stabilisation des colloïdes sur des surfaces de verre dans l'objectif de concevoir des cellules d'imagerie sur mesure
Active matter is a rapidly expanding field in recent years. It consists of entities able to use an energy source to produce local work such as self-propulsion. Such matter, by being out of equilibrium, has fascinating properties such as self-organization as seen in a flock of birds. However, active matter is not limited to biological systems. Active abiotic systems have also been developed. Indeed, during this thesis, we study a system made of self-propelled microparticles. Our objectives are to understand how they organize in the presence of gravity and in contact with a wall. Our system is made of Janus Au/Pt colloids that can self-propel in the presence of hydrogen peroxide by phoretic mechanisms. The colloids being denser than water, they form a monolayer on the bottom of their container. Provided a small tilting angle, we can observed 2D sedimentation. For colloidal systems at equilibrium, the sedimentation profile contains the equation of state of the system. For active systems, an equation of state does not exist in the general case, but analogous thermodynamic quantities can be defined. I measured the sedimentation profile of my active system and compared it to models developed for active Brownian particles in a "dry" environment (ABPs). I showed that the role of the background fluid cannot be neglected. In a second part, we studied the wetting properties of our system. Active mater is known to have effective wetting properties, yet no experimental study with a system analogous to ours has focused on the wetting phenomenon of a wall vertically immersed in a sediment. We show that an adhesion layer is formed with the density rising at the wall. To better understand the observed phenomena, we have confronted them with a numerical model of ABPs for which we can vary the interactions between the particles and the wall. By playing on the adhesion and the alignment with the wall, we are able to reproduce the experimental results. Indeed, the implementation of these interactions at the wall enables, to a certain extent, to take into account numerically the background fluid and thus the hydrodynamic and phoretic interactions that our colloids have with the wall. We thus show that these interactions greatly exacerbates the polarization of the propulsion velocity of the particles at the wall which is largely responsible for the density rise. Indeed, it is known that in the dilute and stationary regime, particles far from the wall are able to polarize against gravity. This polarization is amplified by an alignement with a vertical wall. Furthermore, the addition of an additional attraction allows particles to be more strongly trapped at the wall, and rise higher than ABPs without wall interactions would. As they rise, the particles will "evaporate" and fall away from the wall leading to global fluxes in the system. The wall acts as a pump that sets the particles in motion in the system collectively at a much larger scale than the particle. Finally, because we want to investigate the microrheology on active matter, we also present in this thesis all the updates on the design of a new magnetic microrheometer as well as the work on the stabilization of colloids on glass surfaces with the objective of designing custom imaging cells

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Theurkauff, Isaac. "Collective Behavior of active colloids." Thesis, Lyon 1, 2013. http://www.theses.fr/2013LYO10251/document.

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Abstract:

Nous étudions le comportement collectif d'une assemblée de colloïdes Janus, des sphères d'or de 1µm dont une moitié est recouverte de platine. Lorsqu'ils sont immergés dans une solution d'eau oxygénée, ils se déplacent à des vitesses de l'ordre de 5µm/s, contrôlable par la concentration en peroxyde. Individuellement, ces colloïdes suivent une marche aléatoire persistante ; Ils interagissent par effets phorétiques, formant des clusters dynamiques de quelques dizaines de colloïdes. Ces clusters, mobiles, échangent continuellement des colloïdes, se divisent et se fusionnent, formant une phase stationnaire. Nous avons développés ces colloïdes, ainsi qu'un système d'acquisition pour détecter et reconstituer les trajectoires des colloïdes. La taille moyenne des clusters augmente linéairement avec l'activité, définie comme la vitesse moyenne des colloïdes en dehors des clusters. La fonction densité de probabilité de la taille des clusters est une loi de puissance d'exposant -2. Nous quantifions les vitesses de translation et de rotation des clusters. Pour réaliser une étude thermodynamique, nous réalisons des expériences de sédimentation. Une transition est observée, entre une phase peu dense, un gaz parfait, dans lequel on mesure une température effective, et une phase dense à la dynamique hétérogène. L'équation d'état du système est mesurée, et une forme analytique heuristique est proposée
We study the collective behavior of an assembly of Janus Colloids. These are 1µm gold colloids with one half coated in platinum. When immersed in a peroxide bath, they self-propel, owing to diffusiophoresis and electrophoresis, moving at velocities of order 5µm/s. The velocity can be tune by adjusting the amount of peroxide in the bath. At the single particle level, the colloids undergo a persistent random walk. When in denser groups, the colloids interact through chemical and steric effects. The combination of these interactions, with the colloids activity, leads to collective effects. A dynamic cluster phase is observed, the formation of motile clusters of colloids, formed of up to 100 colloids. The clusters are in a stationary state, constantly moving, and exchanging colloids, they are also colliding, merging and breaking apart. We developed both the colloids, whose synthesis is described, and a high-throughput acquisition and analysis system. We measure the positions, and reconstruct the trajectories of thousands of colloids for a few minutes. From the trajectories, we extract statistical observables. We show that the sizes of clusters increases linearly as a function of the activity of the colloids. The probability distribution functions of sizes are power laws. As the density increases, a jamming transition is observed. The dense phase heterogeneous dynamics is characterized. We study the transition from the dense phase to a low density assembly with sedimentation experiments. The low density phase behaves as an ideal gas, allowing the definition of an effective temperature. We measure an equation of state for the system, and propose a heuristic collapse

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Fersula, Jérémy. "Swarm Robotics : distributed Online Learning in the realm of Active Matter." Electronic Thesis or Diss., Sorbonne université, 2023. http://www.theses.fr/2023SORUS494.

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Abstract:

Avec la miniaturisation des composants électroniques et l’augmentation des performances des CPU / GPU modernes, il devient techniquement possible de développer de petits robots capables de travailler en essaims de centaines ou de milliers d’unités. Lorsque l’on considère des systèmes composés d’un grand nombre de robots indépendants en interaction, l’individualité s’efface devant le collectif, et le comportement global de l’ensemble doit émerger de règles locales. Comprendre la dynamique d’un grand nombre d’unités en interaction devient une connaissance clé pour concevoir des essaims robotiques contrôlables et efficaces. Ce sujet est au cœur du domaine de la matière active, dans lequel les systèmes d’intérêt présentent des effets collectifs émergeant d’interactions physiques sans calcul. Cette thèse vise à utiliser des éléments de la matière active pour concevoir et comprendre des collectifs robotiques, interagissant à la fois au niveau physique et au niveau logiciel par le biais d’algorithmes d’apprentissage distribués. Nous commençons par étudier expérimentalement la dynamique d’agrégation d’un essaim de petits robots vibrants effectuant la phototaxie (c’est-à-dire la recherche de lumière). Les expériences sont déclinées dans différentes configurations, soit ad-hoc, soit mettant en œuvre un algorithme d’apprentissage distribué en ligne. Cette série d’expériences sert de référence pour l’algorithme, en montrant ses capacités et ses limites dans une situation réelle. Ces expériences sont approfondies en changeant la forme extérieure des robots, ce qui modifie les interactions physiques en ajoutant une réponse en orientation aux forces extérieures. Cet effet supplémentaire modifie la dynamique globale de l’essaim, montrant que le computation morphologique est en jeu. La nouvelle dynamique est comprise grâce à un modèle physique d’auto-alignement, ce qui permet d’étendre le travail expérimental in sillico et de suggérer de nouveaux effet à grande échelle dans les essaims de robots qui se réorientent. Enfin, nous présentons un modèle d’apprentissage distribué par le biais d’équations différentielles stochastiques. Ce modèle est basé sur l’échange de degrés de liberté internes qui s’associent à la dynamique des particules, qui sont les équivalents dans le contexte de l’apprentissage à un ensemble de paramètres et à un contrôleur. Le modèle donne des résultats similaires en simulation à ceux des expériences réelles et ouvre la voie à une analyse théorique à grande échelle de la dynamique produite par l’apprentissage distribué en ligne
CPUs / GPUs, it becomes technically possible to develop small robots able to work in swarms of hundreds or thousands of units. When considering systems comprised of a large number of in- dependent robots in interaction, the individuality vanishes before the collective, and the global behavior of the ensemble has to emerge from local rules. Understanding the dynamics of large number of interacting units becomes a knowledge key to design controllable and efficient robotic swarms. This topic happens to be at the core of the field of active matter, in which the sys- tems of interest display collective effects emerging from physical interactions without computation. This thesis aims at using elements of active matter to design and understand robotic collectives, interacting both at the physical level and the software level through distributed learning algorithms. We start by studying experimentally the aggregation dynamics of a swarm of small vibrating robots performing phototaxis (i.e. search of light). The experiments are declined in different confi- gurations, either ad-hoc or implementing a distributed and online learning algorithm. This series of experiments act as a benchmark for the algorithm, showing its capabilities and limits in a real world situation. These experiments are further expanded by changing the outer shape of the robots, modifying the physical interactions by adding a force re-orientation response. This additional effect changes the global dynamics of the swarm, showing Morphological Computation at play. The new dynamics is understood through a physical model of self-alignment, allowing to extend the experimental work in sillico and hint for unseen global effects in swarms of re-orienting robots. Finally, we introduce a model of distributed learning through stochastic ODEs. This model is based on the exchange of internal degrees of freedom that couples to the dynamics of the particles, equivalents in the context of learning as a set of parameters and a controller. It shows similar results in simulation as the real-world experiments and opens up a way to a large-scale analysis of distributed and online learning dynamics

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Peshkov, Anton. "Approche Boltzmann-Ginzburg-Landau pour les modeles simples de la matiere active." Phd thesis, Université Pierre et Marie Curie - Paris VI, 2013. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00921017.

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Abstract:

Le phénomène de mouvement collectif est présent parmi beaucoup de systèmes biologiques comme dans les volées d'oiseaux ou des bancs de poissons. Dans ces systèmes, le mouvement collectif apparait sans aucun leader ni force extérieure et est exclusivement dû à l'interaction parmi les individus et à la nature hors-équilibre de tout le système. Nous voulons étudier des modèles simples de mouvement collectif afin d'établir des classes d'universalité parmi la matière active sèche, c'est-à-dire des individus interagissant sans l'aide d'un fluide. Beaucoup de ces systèmes ont déjà été étudiés microscopiquement. Nous voulons obtenir des équations hydrodynamiques de ces systèmes pour confirmer les résultats microscopiques et pour prédire des propriétés nouvelles. Nous effectuons une dérivation d'équations hydrodynamiques en utilisant l'approche Boltzmann-Ginzburg-Landau introduit dans cette thèse. Quatre modèles de type Vicsek sont considérés. Un modèle polaire simple identique au modèle de Vicsek, un modèle mixte avec des particules polaires avec interactions nématiques, un modèle avec des particules polaires et interactions nématiques et finalement un modèle avec des particules polaires avec des interactions non-métriques. Dans chaque cas les équations obtenues sont étudiées de façon analytique et numérique. Nous trouvons que les équations obtenues reproduisent de façon fidèles les propriétés qualitatives des modèles microscopiques considérées, comme les différentes phases observées et la nature de transition entre ces phases. Dans certains cas des phases nouvelles sont trouvées, qui n'ont pas été reportées auparavant dans les modèles microscopiques. Beaucoup d'entre elles ont été confirmées a posteriori dans les simulations numériques de ces modèles.

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Lefranc, Thibault. "Quorum sensing dans des assemblées de particules actives synthétiques : Séparation de phase induite par la motilité." Electronic Thesis or Diss., Lyon, École normale supérieure, 2023. https://theses.hal.science/tel-04510010.

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Abstract:

On définit la matière active comme une assemblée de particules capables de transformer à leur échelle l'énergie en mouvement. Les exemples de matière active sont nombreux dans la nature, allant de la colonie de bactérie au troupeau de zèbres en passant par les bancs de poissons et les foules humaines. Malgré ce mouvement perpétuel des individus, il est possible dans certains cas d'observer une séparation de phase, c'est-à-dire la formation de zones définies de densités différentes. Ceci peut s'expliquer par la détection de quorum : les particules tiennent compte de leurs voisines pour ajuster leur activité. Depuis une dizaine d'années, l'ensemble des briques élémentaires de la matière molle (polymères, colloïdes, ...) ont été motorisées pour fabriquer de la matière active en laboratoire. Cependant aucune forme de détection du quorum synthétique n'a été rapportée jusqu'à aujourd'hui. Dans cette thèse, nous présentons les premiers résultats permettant de montrer la possibilité de créer une forme simple de détection de quorum en laboratoire. Pour cela nous avons choisi comme élément de base un bâtonnet colloïdal. Nous présentons d'abord une analyse théorique expliquant le comportement de bâtonnets actifs. Cette analyse est une extension aux particules anisotropes du phénomène d'électrorotation de Quincke, déjà utilisé pour rendre des sphères actives. Elle permet de mettre en lumière le comportement plus riche des bâtonnets. Puis nous détaillons la démarche expérimentale pour la mise en œuvre concrète de la motorisation de ces colloïdes actifs, qui est au cœur de ces travaux de thèse. Enfin, nous rapportons les résultats obtenus, qui indiquent une première réalisation expérimentale de détection de quorum artificielle, avec notamment l'observation et la caractérisation d'une séparation de phase induite par la motilité conditionnelle des particules
Active matter is defined as an assembly of particles capable of transforming energy into movement on their own scale. There are many examples of active matter in nature, from a colony of bacteria to a flock of zebras, from school of fishes to human crowds. Despite this perpetual movement of individuals, it is possible in some cases to observe phase separation, i.e. the formation of defined zones of different densities. This can be explained by the detection of quorum: particles take account of their neighbors to adjust their activity. Over the last ten years or so, all the building blocks of soft matter (polymers, colloids, etc.) have been motorized to produce active materials in the laboratory. However, no form of synthetic quorum sensing has yet been reported. In this thesis, we present the first results demonstrating the possibility of creating a simple form of quorum sensing in the laboratory. For this purpose, we have chosen a colloidal rod as the basic element. We first present a theoretical analysis explaining the behavior of active rods. This analysis is an extension to anisotropic particles of Quincke's electrorotation phenomenon, already used to render spheres active. It sheds light on the richer behavior of rods. We then detail the experimental approach for the concrete implementation of motorization of these active colloids, which is at the heart of this thesis work. Finally, we report on the results obtained, which indicate a first experimental realization of artificial quorum sensing, including the observation and characterization of a phase separation induced by conditional particle motility

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Morin, Alexandre. "Colloidal flocks in challenging environments." Thesis, Lyon, 2018. http://www.theses.fr/2018LYSEN047/document.

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Abstract:

Le déplacement cohérent dirigé au sein de troupeaux, d’essaims, de nuées, prend place à toutes les échelles du vivant. En cherchant à rationaliser l’émergence de tels mouvements collectifs, les physiciens ont décrit ces assemblées comme des matériaux actifs. Ces matériaux sont formés de constituants auto-propulsés qui se déplacent spontanément dans une direction commune. Cette thèse expérimentale s’appuie sur la réalisation de troupeaux synthétiques pour explorer les propriétés de la matière active polaire dans des situations défavorables à son auto-organisation : leur dynamique en milieux désordonnés et leur réponse à des perturbations externes. Des rouleurs colloïdaux aux interactions d’alignement sont confinés au sein de dispositifs microfluidiques. Au-delà d’une densité seuil, ils forment un troupeau caractérisé par l’émergence d’un ordre en orientation de longue portée. Ces troupeaux colloïdaux font office de prototypes de la matière active polaire. Nous avons étudié la réponse d’un liquide actif polaire assemblé à partir de rouleurs colloïdaux. Nous avons montré que face à une perturbation longitudinale leur réponse est hystérétique. Nous avons expliqué théoriquement ce comportement non-linéaire et l’avons exploité pour réaliser des oscillateurs microfluidiques autonomes. Nous avons également étudié la dynamique de troupeaux colloïdaux qui se propagent dans des environnements hétérogènes. La présence d’obstacles distribués aléatoirement focalise les troupeaux le long de chemins privilégiés qui forment un réseau épars et tortueux. Augmenter le désordre conduit à la destruction du troupeau. Nous avons démontré que la suppression du mouvement collectif consiste en une transition discontinue, générique à tous les matériaux actifs polaires
Directed collected motion within herds, swarms and flocks, is a phenomenon that takes place at all scales in living systems. Physicists have rationalized the emergence of such collective behavior. They have described these systems as active materials. These materials are assembled from self-propelled units that spontaneously move in the same direction. By experimentally studying synthetic flocks, this work uncovers some properties of polar active materials in situations that disfavor their self-organization: their dynamics in disordered environments and their response to external perturbations. Colloidal rollers with alignment interactions are confined within microfluidic devices. At high density, they spontaneously form a flock which is characterized by the emergence of orientational long-ranged order. These colloidal flocks are prototypical realizations of polar active matter. We have studied the response of a polar active liquid assembled from colloidal rollers. We have shown that they display a hysteretic response to longitudinal perturbations. We have theoretically accounted for this non-linear behavior. We have used this behavior to realize autonomous microfluidic oscillators. We have also studied the dynamics of colloidal flocks that propagate through heterogeneous environments. Randomly positioned obstacles focalize flocks along favored channels that form a sparse and tortuous network. Increasing disorder leads to the destruction of flocks. We have demonstrated that the suppression of collective motion is a discontinuous transition generic to all polar active materials

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Trinschek, Sarah Christine. "Modélisation de films minces de fluides complexes et de colonies bactériennes." Thesis, Université Grenoble Alpes (ComUE), 2019. http://www.theses.fr/2019GREAY012/document.

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Abstract:

Les bactéries se répandent aux interfaces en formant des colonies, qui peuvent être considérées comme des suspensions denses actives. L'objet de cette thèse est le développement et l'analyse de modèles simples pour élucider le rôle des phénomènes physico-chimiques et passifs - tels que l'osmose, la tension de surface et le mouillage - dans l'expansion des colonies bactériennes aux interfaces solide/air. Les modèles sont basés sur une description hydrodynamique des couches minces de suspensions liquides, qui est complété par des processus bioactifs.Dans un premier temps, nous nous sommes intéressés à l'expansion osmotique des biofilms. Dans ce mécanisme, la bactérie sécrète une matrice polymérique qui agit comme un osmolyte et entraîne un afflux d'eau, riche en nutriments, du substrat humide vers le biofilm. Nous avons constaté que la mouillabilité du substrat est une des déterminantes principales de la vitesse d'expansion du biofilm. En-dessous d'une mouillabilité critique l'expansion s'interrompt, bien que la colonie soit biologiquement active. Cependant, une légère réduction de la tension de surface et une amélioration de la mouillabilité qui en résulte suffisent à induire un étalement continu. Les bactéries peuvent activement contrôler la tension de surface par la production de bio-surfactants.Dans un deuxième temps, nous avons étudié l'expansion de colonies bactériennes aidée par des molécules biologiques tensioactives auto-produites. Dans ce mécanisme, des flux de Marangoni résultant d'une concentration non uniforme de molécules tensioactives aux bords de la colonie peuvent favoriser l'expansion coopérative et provoquer une instabilité de la forme axi-symétrique des colonies bactériennes. Notre modèle nous a permis de reproduire quatre modes de développement différentes, à savoir l'étalement arrêté et continu des colonies circulaires, l'étalement des colonies avec des bords légèrement modulées et la formation de doigts prononcés.Dans la dernière partie, nous avons fait un premier pas vers l'incorporation de la motilité actif des bactéries dans notre modèle et présentons donc un modèle phénoménologique pour un film mince active
Bacteria colonise interfaces by the formation of dense aggregates. In this thesis, we develop and analyse simple models to clarify the role of passive physico-chemical forces and processes - such as osmosis, surface tension effects and wettability - in the spreading of bacterial colonies at solid-air interfaces. The models are based on a hydrodynamic description for thin films of liquid suspensions that is supplemented by bioactive processes.We first focus on the osmotic spreading mechanism of bacterial colonies that relies on the generation of osmotic pressure gradients. The bacteria secrete a polymeric matrix which acts as an osmolyte and triggers the influx of nutrient-rich water from the moist substrate into the colony. We find that wettability crucially affects the spreading dynamics. At low wettability, the lateral expansion of the colony is arrested, albeit the colony is biologically active. However, a small reduction of the surface tension and the resulting improvement of the wettability suffices to induce continuous spreading. This can, e.g., result from the production of bio-surfactants by the bacteria.Next, we study passive liquid films covered by insoluble surfactants before developing a model for the surfactant-driven spreading of bacterial colonies. In this spreading mechanism, Marangoni fluxes arising due to a non-uniform surfactant concentration at the edges of the colony drive cooperative spreading and may cause an instability of the circular colony shape. We find that variations in wettability and surfactant production suffice to reproduce four different types of colony growth, namely, arrested and continuous spreading of circular colonies, slightly modulated front lines and the formation of pronounced fingers.In the final part, we take a first step towards the incorporation of active collective bacterial motion in the employed thin-film framework and present a phenomenologically derived model for active polar films

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Feliachi, Ouassim. "From Particles to Fluids : A Large Deviation Theory Approach to Kinetic and Hydrodynamical Limits." Electronic Thesis or Diss., Orléans, 2023. http://www.theses.fr/2023ORLE1063.

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Abstract:

Comprendre comment décrire un système avec des équations macroscopiques, qui sont généralement déterministes, en partant d'une description microscopique, qui peut être stochastique, est le problème fondamental de la physique statistique. Souvent, cette tâche implique au moins deux limites : une limite "grand N" et une limite "d'équilibre local". La première permet de décrire un système de N particules par une fonction de distribution dans l'espace des phases, tandis que la seconde reflète la séparation des échelles de temps entre l'approche rapide de l'équilibre local et l'évolution lente des modes hydrodynamiques. En supposant ces deux limites, on obtient une description macroscopique déterministe. Pour des raisons à la fois théoriques et de modélisation (N est grand mais pas infini, la séparation des échelles de temps n'est pas parfaite), il est parfois important de comprendre les fluctuations autour de cette description macroscopique. L'hydrodynamique fluctuante fournit un cadre pour décrire l'évolution des champs macroscopiques tout en prenant en compte les fluctuations induites par le nombre de particules finies dans la limite hydrodynamique. Cette thèse traite de la dérivation de l'hydrodynamique fluctuante à partir de la description microscopique de la dynamique des particules. La dérivation de l'hydrodynamique fluctuante se fait en deux étapes. Premièrement, la limite "grand N" doit être affinée pour prendre en compte les fluctuations au-delà du comportement moyen du système. Pour ce faire, nous utilisons la théorie des grandes déviations pour établir des principes de grandes déviations qui décrivent la probabilité de tout chemin d'évolution pour le système de particule au-delà du chemin le plus probable décrit par l'équation cinétique. Ensuite, nous dérivons la l'hydrodynamique fluctuante en étudiant la limite hydrodynamique du principe de grande déviation cinétique, ou l'équation cinétique fluctuante associée. Ce manuscrit contient l'explication de ce programme et son application à divers systèmes physiques allant du gaz dilué aux particules actives
The central problem of statistical physics is to understand how to describe a system with macroscopic equations, which are usually deterministic, starting from a microscopic description, which may be stochastic. This task requires taking at least two limits: a “large N ” limit and a “local equilibrium” limit. The former allows a system of N particles to be described by a phase-space distribution function, while the latter reflects the separation of time scales between the fast approach to local equilibrium and the slow evolution of hydrodynamic modes. When these two limits are taken, a deterministic macroscopic description is obtained. For both theoretical and modeling reasons (N is large but not infinite, the time-scale separation is not perfect), it is sometimes important to understand the fluctuations around this macroscopic description. Fluctuating hydrodynamics provides a framework for describing the evolution of macroscopic, coarse-grained fields while taking into account finite- particle-number induced fluctuations in the hydrodynamic limit. This thesis discusses the derivation of fluctuating hydrodynamics from the microscopic description of particle dynamics. The derivation of the fluctuating hydrodynamics is twofold. First, the “large N” limit must be refined to account for fluctuations beyond the average behavior of the system. This is done by using large deviation theory to establish kinetic large deviation principles that describe the probability of any evolution path for the empirical measure beyond the most probable path described by the kinetic equation. Then, the fluctuating hydrodynamics is derived by studying the hydrodynamical limit of the kinetic large deviation principle, or the associated fluctuating kinetic equation. This dissertation discusses this program and its application to several physical systems ranging from the dilute gas to active particles

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Bachelard, Nicolas. "Control of passive and active open random media : theoretical and experimental investigations." Thesis, Paris 6, 2014. http://www.theses.fr/2014PA066704.

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Abstract:

La propagation de la lumière dans un milieu matériel est décrite par des états propres de vibration, communément appelés modes, qui caractérisent l'interaction lumière-matière. Dans le cas particulier des milieux aléatoires, en fonction de l'importance du désordre, ces modes peuvent être soit étendus à tout le système ou alors spatialement localisés. Ce confinement par le désordre est appelé localisation d'Anderson. Dans une première partie, nous introduisons les notions de base utilisées dans ce manuscrit. L'interaction lumière-matière requière une description semi-classique : le champ électromagnétique est décrit par les équations de Maxwell, tandis que la nature quantique de la matière est considérée. Les milieux étudiés dans cette thèse sont ouverts. La description des modes dans de tels systèmes nécessite une approche analytique différente de celle utilisée dans les milieux fermés. Dans une seconde partie, nous nous intéressons aux modes localisés dans des milieux ouverts et passifs. Au sein de tels systèmes, une modification du désordre affecte les modes. Il est ainsi possible de les faire interagir et de manipuler les propriétés du champ électrique. Par ailleurs, en plaçant un émetteur au sein d'un mode localisé, il est également possible d'atteindre des régimes de forte interaction lumière-matière. Dans une troisième partie, les milieux aléatoires actifs (ou lasers aléatoires) sont introduits. En partant de réalisations expérimentales, les principales propriétés de ces lasers sont étudiées. L'utilisation de la notion de mode permet de décrire les mécanismes complexes sur lesquels reposent ces systèmes.Enfin, nous démontrons à la fois expérimentalement et numériquement qu'une excitation non-uniforme des lasers aléatoires peut permettre de contrôler leurs propriétés. En particulier, un laser aléatoire ayant une émission multimode pour un pompage uniforme peut émettre une lumière monomode pour une excitation adaptée
Light propagation in matter is described by vibration eigenstates, called modes, which characterize the light-matter interaction. In the specific case of random media, according to the strength of the disorder, the modes can be either extended over the whole system or spatially localized. This disorder-based confinement is called Anderson's localization. In the first part, we introduce basic notions used along this manuscript. In particular the light-matter interaction requires a semiclassical approach: The electromagnetic field is described by Maxwell's equations while the quantum nature of matter must be considered. In this thesis open media are studied. In such systems the modal description requires a specific analytic treatment different from closed problems. In the second part, we focus on Anderson-localized modes in open passive random media. In such systems any change of the disorder induces modifications of modes. Therefore, it enables the control over the light properties. Moreover, when inserting an emitter inside an Anderson-localized mode, strong light-matter interaction regimes can be reached. In the third part, active random media, commonly called random lasers, are introduced. Using our experimental achievements, characteristics of random lasers are presented. The notion of mode enables us to describe complex mechanisms involved in the lasing emission. Last, we demonstrate both experimentally and numerically that a non-uniform excitation of random lasers can lead to a control of the properties of the emission. In particular a multimode spectrum for a uniform pumping can be turned into single-mode by using an adapted pumping

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D'Alessandro, Joseph. "Collective regulation of the amoeboid motility : the role of short and long-range interactions in vegetative Dictyostelium discoideum." Thesis, Lyon, 2016. http://www.theses.fr/2016LYSE1039/document.

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Abstract:

La motilité cellulaire est fondamentale dans de nombreux processus physiologiques, qu’ils soient normaux ou pathologiques. Cependant, bien que ces derniers impliquent la plupart du temps de nombreuses cellules se mouvant en même temps, les effets des interactions entre cellules sur leur dynamique, à la fois individuelle et collective, restent assez mal connu. Dans cette thèse, j’ai utilisé Dictyostelium discoideum à l’état végétatif pour étudier cette régulation collective de la motilité. Je me suis principalement appuyé sur une analyse minutieuse de nombreuses trajectoires cellulaires dans des situations variées pour (i) caractériser un facteur sécrété qui régule négativement la motilité cellulaire (nature chimique, voie de signalisation, dynamique de sécrétion et de réponse) et (ii) analyser et modéliser quantitativement la dynamique d’étalement de colonie cellulaires de forme, dimension et densité contrôlées. Je décris enfin un phénomène d’agrégation dynamique observé lorsque les cellules sont placées à haute densité dans un milieu nutritif
Cell motility is fundamental in many physiological, either normal or pathological, phenomena. Yet, although these most often involve several cells moving at the same time, how the interactions between cells affect both individual and collective dynamics remains a poorly understood question. In this thesis, I used vegetative Dictyostelium discoideum cells as a model to study this collective regulation of the motility. I relied mainly on the thorough analysis of numerous cell trajectories in various situations to (i) characterise a secreted factor used to down-regulate the cells’ motility (biochemical nature, response pathway, secretion and response dynamics) and (ii) quantitatively analyse and model the dynamics of spreading cell colonies of controlled initial shape, size and density. Last, I describe a dynamic aggregation phenomenon that occurs when the cells are seeded at high density in a nutrient-rich medium

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Le, Roux Sébastien. "Effet Marangoni aux interfaces fluides." Thesis, Rennes 1, 2015. http://www.theses.fr/2015REN1S060/document.

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Abstract:

Nous présentons au cours de ce manuscrit diverses expériences de dépôt de tensioactifs solubles dans l'eau à l'interface entre deux fluides. Après quelques développements théoriques, nous étudions l'étalement de tensioactifs solubles déposés à une interface eau/air. Nous présentons au cours de cette partie deux configurations expérimentales dans lesquelles ces molécules exhibent une vitesse caractéristique d'écoulement induit ainsi qu'une distance finie d'étalement dépendant de la CMC du surfactant utilisé, qui se traduit par l'apparition d'une tache centimétrique à la surface de l'eau. Nous mettons alors au point un protocole de mesure simple et rapide de CMC utilisant notre dispositif expérimental. À cet étalement s'ajoutent une déformation verticale de l'interface, la mise en place d'une double recirculation toroïdale, ainsi qu'une instabilité hydrodynamique de surface tout autour de la tache. La deuxième expérience porte sur l'étalement de tensioactifs solubles à une interface eau/huile. Dans cette expérience, les déformations verticales induites par l'étalement peuvent devenir très importantes, si bien que sous certaines conditions cette déformation crée un trou dans la couche d'huile. Nous nous penchons donc sur l'étude de ces déformations verticales, ainsi que sur les caractéristiques de ce cratère. Enfin, la dernière partie traite du dépôt d'une goutte de Triton X-100 à la surface de l'eau. Ce tensioactif possède la propriété de gélifier lorsqu'il est hydraté, ce qui lui permet de flotter. On observe alors un phénomène d'auto-propulsion de la goutte. Nous nous intéressons plus particulièrement à la structure microscopique de cette phase gel, ainsi qu'aux trajectoires erratiques empruntées par la goutte
We report experiments about the deposition of water soluble surfactants at the interface between two fluids. After some theoretical developments, we study the spreading of water soluble amphiphiles at the water/air interface. In this part, we present two experimental setups where these molecules show a typical induced flow velocity, and a finite spreading distance, depending on the CMC of surfactant we use, which results in the apparition of a coronna on the surface of the liquid. We then set up a fast and simple CMC measurement protocole using our experimental setup. This spreading induces also a vertical deformation of the interface, a double toroidal recirculation in the bulk, and a beatiful hydrodynamic surface instability all around the coronna. The second experiment is about the spreading of amphiphiles at the interface between oil and water. In this experiment, the vertical deformations induced by the spreading can become so important that under certain circumstances, we manage to create a hole in the oil layer. We focus on the study of these vertical deformations and on the caracteristics of this hole. Finally, the last experiment is about the deposition of a Triton X-100 drop at the water/air interface. This molecule has the ability to gelify when it gets hydrated, allowing him to float. Then we can observe the self propulsion of the droplet. We focus on the microscopic structure of this gel phase, and also on the erratic trajectories followed by the drop

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Gómez, Nava Luis Alberto. "Phénoménologie de particules actives à états internes finis et discrets : une étude individuelle et collective." Thesis, Université Côte d'Azur (ComUE), 2018. http://www.theses.fr/2018AZUR4080/document.

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Abstract:

Dans cette thèse, nous présentons un cadre théorique pour étudier les systèmes de particules actives fonctionnant avec une quantité discrète d'états internes qui contrôlent le comportement externe de ces objets. Les concepts théoriques développés dans cette thèse sont introduits afin de comprendre un grand nombre de systèmes biologiques multi-agents dont les individus présentent différents types de comportements se succédant au cours du temps. Par construction, le modèle théorique suppose que l'observateur extérieur a accès uniquement au comportement visible des individus, et non pas à leurs états internes. C'est seulement après une étude détaillée de la dynamique comportementale que l'existence de ces états internes devient évidente. Cette analyse est cruciale pour pouvoir associer les comportements observés expérimentalement avec un ou plusieurs états internes du modèle. Cette association entre les états et les comportements doit être faite selon les observations et la phénoménologie du système biologique faisant l'objet de l'étude. Les scénarios qui peuvent être observés en utilisant notre modèle théorique sont déterminés par la conception du mécanisme interne des individus (nombre d'états internes, taux de transition, etc…) et seront de nature markovienne par construction. Tous les travaux expérimentaux et théoriques contenus dans cette thèse démontrent que notre modèle est approprié pour décrire des systèmes réels montrant des comportements intermittents individuels ou collectifs. Ce nouveau cadre théorique pour des particules actives avec états internes, introduit ici, est encore en développement et nous sommes convaincus qu'il peut potentiellement ouvrir de nouvelles branches de recherche à l'interface entre la physique, la biologie et les mathématiques
In this thesis we introduce a theoretical framework to understand collections of active particles that operate with a finite number of discrete internal states that control the external behavior of these entities. The theoretical concepts developed in this thesis are conceived to understand the large number of existing multiagent biological systems where the individuals display distinct behavioral phases that alternate with each other. By construction, the premise of our theoretical model is that an external observer has access only to the external behavior of the individuals, but not to their internal state. It is only after careful examination of the behavioral dynamics that the existence of these internal states becomes evident. This analysis is key to be able to associate the experimentally observed behaviors of individuals with one or many internal states of the model. This association between states and behaviors should be done accordingly to the observations and the phenomenology displayed by the biological system that is being the subject of study. The possible scenarios that can be observed using our theoretical model are determined by the design of the internal mechanism of the individuals (number of internal states, transition rates, etc...) and will be of markovian nature by construction. All the experimental and theoretical work contained in this thesis is evidence that our model is suitable to be used to describe real-life systems showing individual or collective intermittent behaviors. This here-introduced new framework of active particles with internal states is still in development and we are convinced that it can potentially open new branches of research at the interface between physics, biology and mathematics

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Derue, Lionel. "Stabilisation thermique de la couche photo-active dʼune cellule solaire organique par réticulation." Phd thesis, Université Sciences et Technologies - Bordeaux I, 2013. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00933501.

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Abstract:

Dans une configuration optimale, la couche photo-active d'une cellule solaire organique forme une hétérojonction volumique entre un matériau donneur et un matériau accepteur d'électrons. Cette morphologie optimale se trouve dans un état thermodynamique métastable. En cours de fonctionnement, l'absorption incidente provoque une élévation de la tempéra- ture des dispositifs. L'apport d'énergie thermique au système le fait évoluer vers un état thermodynamique stable correspondant à une micro-séparation de phase entre les deux matériaux nuisible aux performances photovoltaïques du dispositif. La solution à cette problématique envisagée dans cette thèse est de figer la morphologie optimale de la couche photo-active par réticulation chimique. Dans le but de prévenir la diffusion et la cristallisation des dérivés du fullerène, plusieurs approches ont été étudiées : la formation d'une maille de polymères réticulés, l'accroche des dérivés du fullerène aux chaînes du polymères ou la liaison entre plusieurs dérivés du fullerène. Les différentes fonctions réticulantes utilisées dans ces approches sont l'allyle, le cinnamate, l'anthracène et l'azoture. Au cours de ces travaux, des résultats satisfaisants ont été obtenus avec la fonction azoture. Basé sur cette fonction, nous avons développé un additif qui permet d'augmenter notablement la stabilité thermique des cellules solaires réticulées. Cette approche a été validée sur plusieurs couples de matériaux polymères/dérivés du fullerène à l'état de l'art.

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Wei, Xiaomin. "Study and improvement of radiation hard monolithic active pixel sensors of charged particle tracking." Phd thesis, Université de Strasbourg, 2012. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00953382.

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Abstract:

Monolithic Active Pixel Sensors (MAPS) are good candidates to be used in High Energy Physics (HEP) experiments for charged particle detection. In the HEP applications, MAPS chips are placed very close to the interaction point and are directly exposed to harsh environmental radiation. This thesis focuses on the study and improvement of the MAPS radiation hardness. The main radiation effects and the research progress of MAPS are studied firstly. During the study, the SRAM IP cores built in MAPS are found limiting the radiation hardness of the whole MAPS chips. Consequently, in order to improve the radiation hardness of MAPS, three radiation hard memories are designed and evaluated for the HEP experiments. In order to replace the SRAM IP cores, a radiation hard SRAM is developed on a very limited area. For smaller feature size processes, in which the single event upset (SEU) effects get significant, a radiation hard SRAM with enhanced SEU tolerance is implemented by an error detection and correction algorithm and a bit-interleaving storage. In order to obtain higher radiation tolerance and higher circuitry density, a dual-port memory with an original 2-transistor cell is developed and evaluated for future MAPS chips. Finally, the radiation hardness of the MAPS chips using new available processes is studied, and the future works are prospected.

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Deseigne, Julien. "Système expérimental modèle d'un fluide actif polaire." Phd thesis, Université Paris-Diderot - Paris VII, 2010. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00567513.

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Abstract:

Les mouvements collectifs observés dans la nature, tels les nuées d'étourneaux ou les bancs de poissons, peuvent être décrits dans le cadre d'un nouveau type de matière condensée fondamentalement hors d'équilibre : la matière active polaire. Elle est constituée de particules, dites polaires, capables d'utiliser de l'énergie qu'on leur injecte pour se mouvoir dans une direction propre. Nous avons réalisé un système bidimensionnel de disques polaires soumis à une vibration homogène qui n'interagissent que par contact. Ces disques se comportent comme des marcheurs aléatoires, dont les trajectoires présentent une longueur de persistance grande devant leur taille et contrôlée par les fluctuations angulaires de la polarité des disques. Les modes d'alignement résultant du couplage entre la persistance du mouvement et l'interaction de coeur dur entre les particules sont complexes. En particulier, nous observons que seules 10% des collisions se traduisent par un alignement effectif de type ferromagnétique. Pourtant, nous observons l'émergence de mouvements collectifs spontanés au sein du système caractérisés par des fluctuations géantes de densité. Ces résultats montrent la robustesse de l'ordre polaire observé dans les modèles théoriques et numériques de la matière active polaire 2D sur substrat.

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Casiulis, Mathias. "Étude d'un modèle Hamiltonien de liquide non-Galiléen : du mouvement collectif sans activité." Thesis, Sorbonne université, 2019. http://www.theses.fr/2019SORUS647.

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Abstract:

Le mouvement collectif, l'ordre spontané des vitesses dans un système macroscopique, est une propriété marquante des systèmes vivants tels que les vols d'oiseaux. Il est prédit par des modèles de particules auto-propulsées, qui sont actives : elles ne conservent ni énergie, ni impulsion. Dans ma thèse, j'étudie un modèle conservatif de mouvement collectif, composé de particules portant des spins couplés à leur vitesse, en m'aidant de notions de physique des liquides, de magnétisme, et de mécanique statistique. Je montre que l'alignement des spins génère une attraction effective, qui est responsable d'une séparation de phase entre un gaz isotrope et un ferroliquide se terminant en un point triple, d'où émerge la ligne de Curie. Je dresse ensuite le diagramme des phases du modèle en présence d'un couplage spin-vitesse, en faisant varier son intensité, le nombre de particules, la densité, et la température. La conservation de l'impulsion impose que les phases polaire soient en mouvement collectif. A basse température et basse densité, je montre que le système peut créer spontanément des défauts d'alignement pour ne pas avoir à se mouvoir et ainsi échapper à un coût élevé en énergie cinétique. Je montre que le système peut transiter d'un état apolaire vers un état polaire lorsque la température augmente, trahissant un phénomène d'ordre par le désordre. Enfin, je montre que le mouvement du système est bien décrit par un modèle effectif de particules auto-propulsées avec de l'inertie de rotation, qui augmente fortement à la transition de rigidité. A haute inertie, le système présente des virages et des rotations spontanées dus à la conservation du moment cinétique
Collective motion, the spontaneous ordering of the velocities across a macroscopic system, is a hallmark of living systems like flocks of birds.It is captured by models of self-propelled particles, that are usually active: they do not conserve energy nor momentum. In my thesis, using notions from the theory of liquids, magnetism, and statistical mechanics, I study a conservative model of collective motion, composed of particles that carry spins, which are coupled to their velocities. I show that the alignment of spins creates an effective attraction, that is responsible for a phase separation between an isotropic gas and a ferroliquid. This phase separation ends in a tricritical point, from which stems the Curie line. I then establish the full phase diagram of the model with a spin-velocity coupling, varying its amplitude, the number of particles, the density, and the temperature.The conservation of momentum imposes that all polar phases move collectively. At low temperatures and densities, I show that the system spontaneously generates alignment defects so as to stop moving, and thus escapes a high kinetic energy cost. I also show that the system can go from an apolar state to a polar one as the temperature increases, betraying an order-by-disorder phenomenon. Finally, I show that the dynamics of the system is well described by an effective model of self-propelled particles, with a rotational inertia that soars at the rigidity transition. At high inertia, the system moves with spontaneous turns and rotations caused by the conservation of angular momentum

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Wouters, Denis. "Recherche de nouveaux bosons légers en astronomie de haute énergie." Phd thesis, Université Paris Sud - Paris XI, 2014. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-01065648.

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Abstract:

L'astronomie de haute énergie se concentre sur l'étude des phénomènes les plus violents de l'univers à partir d'observations dans une gamme d'énergie allant des rayons X aux rayons gammas de très hautes énergies (1 keV - 100 TeV). Ces phénomènes incluent par exemple les explosions de supernovae et leurs vestiges, les pulsars et les nébuleuses de vent de pulsar ou encore la formation de jets ultrarelativistes au niveau des noyaux actifs de galaxie. Leur compréhension fait appel à des processus de physique des particules bien connus qui seront décrits dans cette thèse. Par l'intermédiaire de photons de haute énergie, l'étude de ces phénomènes de haute énergie ouvre donc une fenêtre originale pour la recherche de physique au delà du modèle standard. Les concepts relatifs à l'émission et la propagation de photons de haute énergie sont introduits dans cette thèse et appliqués à l'étude de l'émission de sources extragalactiques ainsi que du fond de lumière extragalactique, affectant la propagation des photons de haute énergie dans l'univers. Dans le cadre de cette thèse, ces sources extragalactiques de photons de haute énergie sont observées afin de rechercher de nouveaux bosons légers, tels que ceux appartenant à la famille des particules de type axion (PTA). Les bases théoriques décrivant cette famille de particules sont présentées, ainsi que la phénoménologie associée. Notamment, en raison de leur couplage à deux photons, ces particules ont la propriété d'osciller avec des photons en présence de champ magnétique externe. Une nouvelle signature de la présence de telles oscillations dans des champs magnétiques turbulents, sous la forme d'irrégularités stochastiques dans le spectre en énergie, est étudiée et discutée. Cette signature est appliquée à la recherche de PTA avec le réseau de télescopes HESS, permettant d'obtenir pour la première fois des contraintes sur ces modèles à partir d'observations en astronomie gamma. La recherche de la même signature dans des observations en rayons X permet d'améliorer les contraintes actuelles pour les PTA de très basse masse et l'extension de ces contraintes à des modèles de modification de la gravité comme explication de la nature de l'énergie noire est également évoquée. Enfin, la recherche de PTA avec l'instrument d'astronomie gamma du futur, CTA, est discutée; en particulier, une nouvelle observable est proposée qui tire partie du grand nombre de sources attendu avec cet instrument.

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Girard, Philippe. "Membranes hors d'équilibre : échanges et transport actif." Phd thesis, Université Paris-Diderot - Paris VII, 2004. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00006588.

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Abstract:

Les membranes biologiques sont le centre de nombreux phénomènes hors équilibres qui sont essentiels pour les cellules. Pour une description physique plus complète des biomembranes, nous avons étudié, théoriquement et expérimentalement, les effets de deux processus hors équilibres sur les propriétés de membranes artificielles. Premièrement, nous avons développé une théorie, complètement covariante, des membranes qui sont soumises à des échanges de matériels biologiques (i.e. lipides, enzymes et protéines membranaires). Avec cette description, l'étude des fluctuations de telles membranes nous a montré que, sous certaines conditions, celles-ci peuvent devenir instables en développant un long et fin tubule qui présente certaines similitudes morphologiques avec les membranes des organelles. Nous avons appliqué ce modèle avec succès pour décrire le phénomène de fusion observé expérimentalement entre de petites et de grosses vésicules chargées mimant le phénomène d'endocytose. Deuxièmement, nous avons étudié les effets de l'activité des protéines membranaires sur le spectre des fluctuations. Un modèle théorique qui prend en compte l'activité hors-équilibre des protéines prévoit une amplification des fluctuations lorsqu'un bruit hors-équilibre s'ajoute au bruit thermique. Pour tester expérimentalement ces prévisions, nous avons reconstitué une pompe ATP-dépendante, l'ATPase-Ca2+ dans des vésicules géantes unilamellaires. Puis grâce à la technique d'aspiration par micropipette, nous avons mis en évidence à la fois une décroissance du module de courbure liée à la présence des protéines dans la membrane, et une augmentation des fluctuations dans les membranes actives.

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Lidon, Pierre. "Effet d'ultrasons de puissance sur les matériaux mous : vers des matériaux "acousto-rhéologiques"." Thesis, Lyon, 2016. http://www.theses.fr/2016LYSEN014/document.

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Abstract:

Les méthodes d'imagerie et de vélocimétrie ultrasonores ont prouvé leur efficacité pour étudier des matériaux divers. À haute intensité, il est connu que les ultrasons exercent des forces stationnaires dans les fluides newtoniens, par le biais d'effets non linéaires comme la pression de radiation acoustique. Néanmoins, ces effets n'ont encore jamais été exploités d'un point de vue fondamental dans le contexte de la physique des matériaux mous. L'objet de cette thèse est d'exploiter l'interaction d'ultrasons de puissance avec des matériaux bloqués afin de sonder activement, voire d'influencer leurs propriétés mécaniques. Nous proposons tout d'abord une méthode de microrhéologie active : la « mésorhéologie acoustique ». En analysant le mouvement d'un intrus sous l'effet de la pression de radiation acoustique, nous caractérisons localement la rhéologie du matériau étudié. Nous mettons cette technique en œuvre avec un fluide à seuil simple : un microgel de carbopol. Nous exploitons les résultats obtenus à la lumière d'une caractérisation rhéologique poussée du comportement de ce matériau en dessous de son seuil d'écoulement et proposons diverses pistes d'amélioration du dispositif.Ensuite, nous décrivons la mise en écoulement d'un empilement granulaire immergé par des ultrasons intenses focalisés et comparons les observations aux résultats de simulations de dynamique moléculaire. La transition de fluidification observée car l'injection d'énergie y est discontinue. Elle est intermittente et hystérétique, propriétés reproduites par des simulations numériques et dont un modèle phénoménologique simple permet de rendre compte.Enfin, en remplaçant le plan d'un rhéomètre classique par un transducteur ultrasonore, nous mesurons l'effet de vibrations à haute fréquence sur les propriétés mécaniques d'un gel colloïdal fragile de noir de carbone. Nous observons un effet significatif et potentiellement irréversible des ultrasons sur le module élastique et sur la mise en écoulement de ce système. Les vibrations semblent favoriser le glissement du gel aux parois mais il semble toutefois qu'elles induisent également des changements en volume dans l'échantillon
Ultrasonic imaging and velocimetry has been proved to be very efficient methods to study various materials. At high intensity, ultrasonic waves are known to exert steady forces in newtonian fluid through nonlinear effects like the acoustic radiation pressure. However those effects have never been used in fundamental studies of the physics of soft materials. This thesis aims at exploiting the interaction between high intensity ultrasound and soft jammed materials to probe actively and even modify their mechanical properties.We first introduce an alternative technique for active microrheology we called « acoustic mesorheology ». By analyzing the motion of an intruder under the acoustic radiation pressure we characterize locally the rheology of the system under study. We test this technique on a simple yield stress fluid, namely a carbopol microgel. We compare the results with those obtained by standard rheology measurements of the behaviour of this gel under its yield stress.Then we describe the fluidization of an immersed granular packing by high intensity focused ultrasound. We compare our observations with the results of molecular dynamics simulations. The obtained fluidization is original as the injection of energy is discontinuous in time. It is hysteretic and intermittent and those properties are well captures by both simulations and a phenomenological model.Finally, we replace the plane of a standard cone-plate rheometer by an ultrasonic transducer. This allows us to characterize the effect of high frequency vibrations on the rheology of a fragile carbon black gel. We observe a significant and eventually irreversible effect of ultrasound on the elastic modulus and on the yielding of the system. Vibrations are shown to favor wall slip but seem to induce changes in the volume of the sample though

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Lozenko, Sergii. "Heavy metal ion sensors based on organic microcavity lasers." Phd thesis, École normale supérieure de Cachan - ENS Cachan, 2011. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00744846.

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Abstract:

Monitoring of environmental pollutants present at low concentrations requires creation of miniature, low-cost, and highly sensitive detectors that are capable to specifically identify target substances. In this thesis, a detection approach based on refractive index sensing with polymer micro-lasers is proposed and its application to the detection of heavy metal pollutants in water (mercury - Hg2+, cadmium - Cd2+ and lead - Pb2+) is studied. The resonance frequencies of the microcavity are highly sensitive to the refractive indices of the resonator surrounding: the resonances shift by a small amount when the surface refractive index changes, resulting from the interaction of the mode evanescent field with the surrounding medium. This permits label-free detection by coating the resonator with a suitable recognition species. The originality of this work lies in the utilization of active microcavities, or microlasers, created of the dye-doped polymers. Active microcavities offer an enhanced signal/noise ratio as compared to the passive ones and very narrow resonance peaks even at moderate quality factors (Q ≥- 6000). The choice of polymers as an active medium is connected with a number of advantages they offer: as opposite to semiconductors, polymers can be easily functionalized, integrated in microfluidic circuits and are cheaper in processing. Moreover, the use of porous polymer matrices may allow accumulation of analyte ions inside the microcavity and thus enhance the sensitivity. Two possible applications of microlasers are investigated in the thesis: refractive index variation sensing with non-functionalized cavities and heavy metal ion detection with functionalized cavities. In the first case, the sensitivity values have been obtained, comparable with the reported in literature for planar passive microresonators. In the second case, the experimental proofs of specific detection of mercury ions in liquid are presented. The ways of sensitivity improvement are discussed and verified and a foundation is layed for the creation of integrated Lab-on-Chip microfluidic biochemical detector.

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Guyomar, Tristan. "Roles of acto-myosin cortex dynamics in organoid self-organisation." Electronic Thesis or Diss., Strasbourg, 2023. http://www.theses.fr/2023STRAJ100.

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Abstract:

Dans cette thèse, nous étudions les organoïdes, mini-organes auto-assemblés issus de quelques cellules souches, qui offrent une perspective unique pour étudier l'organogenèse. Notre recherche relie les formes et les mouvements collectifs des organoïdes à la dynamique hors équilibre du cortex d’acto-myosine. À l'interface entre la physique et la biologie, nous concevons des expériences pour quantifier les propriétés cellulaires et tissulaires et nous intégrons ces mesures dans des modèles physiques révélant les règles d’auto-organisation des organoïdes. En utilisant des cystes MDCK, un modèle organotypique, nous explorons (i) le rôle des asymétries corticales sur la forme des cellules et du cyste, (ii) comment les protéines de jonction serrée influent sur la morphologie et la mécanique du cyste, et (iii) l'émergence de la rotation collective spontanée en 3D de doublets cellulaires due à la rupture de symétrie de la dynamique d’acto-myosine. Notre travail établit un lien entre l'auto-organisation des organoïdes et la dynamique d’acto-myosine, révélant comment les propriétés hors équilibre dirigent la morphogenèse
In this PhD study, we investigate organoids—self-assembled mini-organs derived from a few stem cells, offering a unique perspective on organogenesis. Our research links organoid shapes and collective motions to the out-of-equilibrium dynamics of the acto-myosin cortex. At the interface between Physics and Biology, we design experiments to quantify cellular and tissue properties and use theoretical physics to integrate measurements into models revealing the self-organization of organoids. Using MDCK cysts, an organotypic model, we explore (i) the role of cortical asymmetries on cell shape and cyst structure, (ii) how tight junction proteins influence cyst morphology and mechanics, and (iii) the emergence of spontaneous 3D collective rotation of cell doublets due to symmetry breaking of acto-myosin dynamics. Our work highlights the intricate link between organoid self-organisation and acto-myosin dynamics further revealing how out-of-equilibrium properties drive morphogenesis

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Klamser, Juliane Uta. "Transitions de phase en basse dimension à l’équilibre et hors d’équilibre." Thesis, Sorbonne université, 2018. http://www.theses.fr/2018SORUS333.

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Abstract:

Bien que la nature soit tridimensionnelle, il existe de nombreux systèmes dont les dimensions effectives sont inférieures, offrant une nouvelle physique. Cette thèse porte sur les transitions de phase dans les systèmes de faibles dimensions, en particulier sur les phases hors équilibre dans la matière active (MA) bidimensionnelle (2D). À la différence des systèmes passifs, les particules actives sont entraînées par de l'énergie injectée à l'échelle microscopique à partir de degrés de liberté internes, entraînant une dynamique irréversible, et donnant souvent lieu à des phases macroscopiques contrastant avec l'équilibre. Dans une première partie, ce travail propose une caractérisation quantitative des phases hors équilibre en s'appuyant sur un modèle minimal de MA. Ce modèle repose sur des particules 2D autopropulsées avec des interactions de paires. La dynamique (Monte Carlo cinétique persistante) est une variante des disques passifs et diffère des modèles bien connus de MA. Un diagramme de phase quantitatif complet est présenté, incluant la séparation de phase induite par motilité (SPIM). De plus, le scénario de fusion en deux étapes avec la phase hexatique se retrouve aussi hors équilibre. L'activité peut fondre un solide 2D et les lignes de fusion restent séparées de SPIM. La deuxième partie explore l'existence de transitions de phase dans les modèles 1D classiques avec des interactions courtes portées à température non nulle. Une idée largement partagée est que de telles transitions sont impossibles. Un contre-exemple clair est présenté où la non-analyticité de l'énergie libre émerge d'un nouveau mécanisme d'origine géométrique, établi de manière rigoureuse
Although nature is three-dimensional, lower dimensional systems are often effectively realized offering fascinating new physics. The subject of this thesis is phase transitions in low dimensions, with its primary focus on non-equilibrium phases in two-dimensional active matter. Unlike passive systems, active particles are driven by energy injected at the microscopic scale from internal degrees of freedom resulting in an irreversible dynamics, often giving rise to macroscopic phases in striking contrast to equilibrium. A goal is to give a quantitative characterization of such non-equilibrium phases and to capture these in simplest realizations of active matter. The thesis explores two-dimensional self-propelled particles with isotropic pair-wise interactions. The dynamics (persistent kinetic Monte Carlo) is a variant of passive disks and different from well-known models of active matter. A full quantitative phase diagram is presented including motility induced phase separation (MIPS) as seen in other active systems. Additionally, the famous two-step melting scenario with the hexatic phase extends far from equilibrium. In this non-equilibrium scenario, the activity can melt a 2D solid and the melting lines remain separated from MIPS. The second part explores a frequently debated issue of the existence of phase transitions in classical one-dimensional models with short-range interactions at non-zero temperature. A widely shared misconception is that such transitions are not possible. A clear counterexample to this belief is given where non-analyticity in the free energy emerges from a new mechanism with a geometrical origin, which is then established on a rigorous ground

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Marty, Laurence. "Continuité de l'expérience d'apprentissage et transposition didactique des savoirs dans l'enseignement de la physique : comparaison internationale dans le cas des propriétés de la matière." Thesis, Toulouse 2, 2019. http://dante.univ-tlse2.fr/id/eprint/7135.

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Abstract:

Le projet de la thèse est de contribuer à la question de la nature du rapport entre apprentissage des savoirs scientifiques à l’école et production des savoirs au sein des communautés scientifiques à travers une analyse ascendante de plusieurs études de cas centrées sur l’enseignement / apprentissage des propriétés de la matière au sein de quatre contextes (primaire et secondaire, France et Suisse romande) dans lesquels les références s’avèrent assez contrastées pour produire des curriculums divergents sur certains points cruciaux de l’enseignement des sciences. Les éléments de théorisation retenus proviennent majoritairement de deux sources d’inspiration : la modélisation de l’action conjointe en didactique, selon laquelle l’enseignant et les élèves ajustent chacun leur propre ligne d’action en interprétant celle de l’autre, depuis les postures dissymétriques qui les caractérisent et l’approche pragmatiste de la construction des rapports aux objets, selon laquelle le rapport personnel d’un élève à un objet se construit à travers les interactions qu’il développe avec cet objet, dans l’ensemble des institutions dans lesquelles cet objet existe, que ce soit dans un cadre familial ou scolaire. L’approche pragmatiste nous a amenés à accorder une place importante à la façon dont les rapports aux objets construits par les élèves évoluent en classe, au regard des rapports aux objets que l’institution scolaire entreprend de stabiliser. Les différentes analyses mettent en évidence des connexions entre la (dis)continuité de cette évolution des rapports aux objets telle qu’elle est vécue par les élèves et les différents schémas d’action professoraux mis en oeuvre dans les classe, qui peuvent être modélisés par des principes structurant l’action issus de différents niveaux de détermination : didactique, pédagogique, scientifique, philosophique et épistémologique. Sous certaines conditions, les situations contraintes par des éléments de modélisation qui sont donnés aux élèves en début de séquence semblent faciliter la continuité de l’expérience d’apprentissage des élèves. Une réflexion sur les implications de la transposition de certains aspects des pratiques scientifiques de référence clôt notre travail
The aim of this study is to investigate the nature of the relationship between the learning of scientific knowledge at school and the production of knowledge within scientific communities through a bottom-up analysis of several case studies centered on the teaching / learning of the properties of matter in four contexts (primary level and lower secondary level, France and Westerm Switzerland) in which the curricula references are varied. The theoretical framework comes mainly from two paradigms: the joint action in didactics, according to which the teacher and the students each adjust their own line of action by interpreting that of the other and the pragmatist approach, according to which the meaning-making towards particular objects is developed through the interactions students have with these objects, in all institutions where they have a role, whether in family or at school. The pragmatist approach has led us to focus on the way in which the meaning-making towards particular objects evolves, in the light of the targeted knowledge at stake. Analyzes highlight connections between (dis)continuity of this meaning-making evolution as experienced by students and the various manners of teaching implemented in classrooms by the teachers. These manners of teaching can be modeled by structuring principles which derive from didactic, pedagogical, scientific, philosophical and epistemological viewpoints. Under specific conditions, situations in which models are given to students at the beginning of the unit seem to facilitate the continuity of the students' learning experience

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Gassin, Pierre-Marie. "Interfaces Liquides/Liquides Actives: Apport de l'Optique Non Linéaire et de la Tensiométrie." Phd thesis, Université Claude Bernard - Lyon I, 2013. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00852294.

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Abstract:

Dans le cadre de la séparation sélective pour le traitement et la valorisation des combustibles nucléaires usés, l'extraction liquide/liquide est largement utilisée au niveau industriel. Néanmoins, ce procédé est encore mal compris en ce qui concerne les phénomènes physico-chimiques qui se produisent à l'interface liquide/liquide. Ce travail porte sur la compréhension de la dynamique de l'interface liquide nanométrique durant le transfert d'une espèce entre une phase aqueuse et une phase organique. Deux techniques expérimentales ont principalement été utilisées: la mesure de tension interfaciale et l'optique non linéaire. Ce travail a également donné lieu au développement d'un modèle numérique de dynamique de transfert de phase prenant en compte à la fois des phénomènes de transport diffusif proche de l'interface et une cinétique chimique sur l'interface décrivant les processus d'adsorption/désorption. Des systèmes modèles constitués de molécules surfactantes et/ou chromophores et/ou complexantes ont été étudiés aux interfaces air/liquide et liquide/liquide. L'adsorption/désorption, l'agrégation en surface, la complexation d'ion à une interface liquide et la structuration des systèmes ont ainsi pu être étudiées tant d'un point de vue des états d'équilibre que de la dynamique. Enfin, ces études ont été appliquées à un système d'intérêt industriel utilisé dans le procédé de dépollution DIAMEX.

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Noun, Manale. "Interaction agrégats-surface. Spectrométrie de masse par temps de vol et application analytique à des études sur des médicaments et sur la météorite Paris." Phd thesis, Université Paris Sud - Paris XI, 2013. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00906791.

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Abstract:

Le Lebanese Atomic Energy Commission (LAEC) poursuit un programme de développement des techniques analytiques pour compléter l'analyse par faisceau d'ions (IBA). Il a décidé de s'équiper d'un spectromètre de masse couplée à l'imagerie 2D puis récemment 3D avec l'acquisition d'un spectromètre de masse IONTOF V™ équipé de deux colonnes ioniques délivrant des faisceaux d'agrégats de bismuth et d'argon. Dans ce cadre, mon sujet de thèse a porté sur l'optimisation de l'instrument nouvellement acquis pour l'analyse d'échantillons contenant des composés organiques. Les premiers sujets de recherche sont la mise au point du protocole d'analyse quantitative de médicaments en utilisant la technique " cluster-SIMS-imaging " et l'analyse de la météorite Paris pour localiser la matière organique et déterminer sa composition. Dans les deux cas une approche multi-technique a été utilisée : IBA au LAEC, µ-Raman et µ-IR autour des équipements de Soleil et µPIXE réalisée auprès de l'accélérateur AGLAE (Centre de recherche et de restauration des musées de France, C2RMF).L'analyse de médicaments a été initiée au Liban en collaboration avec un fabricant local de produits pharmaceutiques (Mediphar Laboratories) dans le but d'établir de nouveaux procédés de contrôle qualité de produits finis. Mon étude a montré la complexité du dosage de médicament due à la présence de plusieurs molécules actives (Principe Actif, PA) et de substances organiques et minérales inactives (excipients) mélangées dans des conditions secrètes. Les effets de matrice sont dominants et modifient l'émission ionique conduisant à des erreurs systématiques importantes. Cette complexité a été analysée avec l'étude du Fludinium™ possédant deux PAs. Les résultats de cette étude ont permis d'obtenir la première courbe d'étalonnage du rapport des deux PAs et de quantifier ceux-ci dans les conditions du médicament commercial. Le protocole pour effectuer cette courbe d'étalonnage et les contrôles " qualité " ont été déterminés. Ceux-ci incorporeront une analyse en profil pour contrôler l'homogénéité des échantillons et l'obtention d'étalons produits par le fabricant en suivant ses processus de fabrication. En effet, les expériences ont montré que la réalisation du médicament en laboratoire à partir de ses éléments (PAs et excipients) ne donnait pas la même réponse ionique que le médicament commercial. L'analyse de la météorite Paris a été initiée par une collaboration avec une équipe de l'Institut d'Astrophysique Spatial d'Orsay impliquée dans l'exobiologie et la recherche des premières molécules pré-biotiques dans des échantillons extraterrestres. Le but des recherches est de caractériser la matière organique représentant quelques pourcents en poids dans une matrice minérale complexe, sans utiliser des méthodes chimiques pouvant induire une modification de ces molécules. Cette étude a démontré l'intérêt de l'approche multi-technique centrée autour de la spectrométrie de masse couplée à l'imagerie ionique pour déterminer les éléments principaux de la matrice minérale et organique. L'analyse par µPIXE avec une cartographie micrométrique a permis d'attribuer les distributions d'ions moléculaires et agrégats des spectres de masse aux différents composés minéraux. Ces attributions se poursuivent avec la constitution d'une base de données de spectres de référence. La composante organique a été extraite et les premières hypothèses de composition ont été envisagées autour des HAPs (Hydrocarbure Aromatique Polycyclique), MOI (Matière Organique Insoluble) et analogues de carbone amorphe produits par irradiation UV de glaces dont les compositions en gaz représentent différentes hypothèses pour les nuages interstellaires. Les protocoles d'analyses multi-techniques établis (incorporant un suivi de l'échantillon par spectrométrie de masse et imagerie ionique) permettent le démarrage d'analyse d'autres échantillons extra-terrestres collectés sur terre ou dans l'espace.

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Ildefonso, M. "Développement d'un outil microfluidique polyvalent pour l'étude de la cristallisation : application à la nucléation de principes actifs pharmaceutiques." Phd thesis, Aix-Marseille université, 2012. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00721436.

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Abstract:

Le but de cette thèse est le développement d'un outil microfluidique d'étude de la cristallisation (et plus particulièrement de la nucléation) adaptée aux contraintes de l'industrie, c'est-à-dire permettant de réaliser un grand nombre d'expériences de cristallisation tout en utilisant le moins de produits possible et en restant simple à mettre en place expérimentalement. Seule la microfluidique permet, en utilisant des volumes de l'ordre du nL, de répondre simultanément à ces deux contraintes. Les systèmes microfluidiques permettent en effet de générer des gouttes de quelques nanolitres qui sont autant de microcristallisoires permettant l'étude de la nucléation Ce travail présente la mise au point de systèmes microfluidiques et des méthodes analytiques associées dédiés à l'étude de la nucléation de principes actifs pharmaceutiques. Un système microfluidique existant a été adapté afin de répondre dans un premier temps aux problèmes posés par la cristallisation de protéines dans l'eau. Ce système a permis de mesurer la limite de zone métastable ainsi que la fréquence de nucléation d'une protéine modèle, le lysozyme, également utilisée comme principe actif. Puis ce système a été à nouveau adapté afin de permettre l'étude de la nucléation dans des solvants organiques variés et donc l'étude d'un grand nombre de principes actifs pharmaceutiques. À l'occasion de cette nouvelle adaptation, des méthodes plus polyvalentes d'études de la nucléation ont dû être mises au point afin de résoudre les nouveaux problèmes soulevés. La grande polyvalence du système microfluidique et des méthodes d'études de la nucléation ainsi mis au point permet d'envisager de ne pas limiter son champ d'application à la seule industrie pharmaceutique, mais de l'étendre à tous les domaines où l'utilisation de faibles volumes de solution permettrait de réduire les coûts (protéines) et/ou les risques (explosifs, matériaux radioactifs).

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Richier, Mathieu. "Conception de dispositifs actifs de maintien de stabilité pour les véhicules évoluant en milieux naturels." Phd thesis, Université Blaise Pascal - Clermont-Ferrand II, 2013. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-01066614.

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Abstract:

La problématique de cette thèse réside dans la caractérisation et le maintien de la stabilité des Véhicules Légers Tout Terrain (VLTT). Elle se concentre plus particulièrement sur le développement de systèmes de sécurité actifs capables à la fois de prévenir le conducteur des risques encourus mais aussi de les limiter afin d'assurer l'évolution du véhicule dans une zone de stabilité prédéfinie. Comme le cadre expérimental privilégié est l'application à la stabilité des quadricycles légers à moteurs, plus connus sous le terme anglophone "quad", une des contraintes du projet a été de se limiter à un système sensoriel bas-coût afin d'être en mesure d'industrialiser un tel système. En premier lieu, les métriques de stabilité (Transfert de Charge Latéral et Longitudinal : TCLa et TCLo) ont été choisies grâce à une étude préliminaire sur la stabilité des VLTT. Par la suite, une modélisation 2D en roulis et en tangage avec la prise en compte des déplacements du pilote sur le véhicule sont présentées, ce qui permet d'estimer respectivement le TCLa et le TCLo uniquement à partir de la mesure de l'accélération latérale et longitudinale. Étant donné que pour la suite des travaux, l'anticipation du risque de renversement latéral est nécessaire, un modèle 2D en lacet du véhicule est proposé afin d'obtenir un modèle analytique décrivant la dynamique latérale du véhicule. La suite du mémoire présente les différentes techniques d'observation proposées pour l'estimation des variables et paramètres non-directement mesurables du modèle en lacet du véhicule et qui influencent sa stabilité latérale : les glissements, les conditions d'adhérence et les inclinaisons du véhicule. Plusieurs observateurs ont été proposés, dont le dernier permet de considérer des conditions d'adhérence différentes entre les essieux avant et arrière en utilisant plus largement les accélérations mesurées. Cela permet d'intégrer les passages de sous- à sur-vireur qu'il est essentiel de considérer quand on étudie la stabilité de ce type de véhicule. Ainsi, l'estimation des glissements est toujours pertinente, ce qui permet d'obtenir par la suite une meilleure prédiction de la métrique de stabilité latérale (TCLa) quel que soit le comportement du véhicule. Puis en s'appuyant sur les estimations des observateurs couplées aux modèles dynamiques du véhicule et sur l'extrapolation des commandes du conducteur sur un horizon de prédiction, il est possible de prédire les évolutions du TCLa. Cette valeur prédite ainsi que les estimations en ligne des métriques de stabilité constituent alors le point d'entrée pour la synthétisation d'un système de sécurité actif dédié aux VLTT. Celui-ci est basé sur la génération d'un retour d'effort au niveau de la gâchette des gaz permettant soit d'informer le pilote du risque encouru par la création d'une sensation de dureté, soit d'imposer le retour complet de la gâchette des gaz, ce qui implique une diminution de la vitesse et donc la réduction du risque. Finalement, dans le cas où il est possible de maîtriser la vitesse du véhicule par l'installation d'un système de rétroaction sur les freins (Quad haut de gamme ou robot mobile), les derniers travaux présentés s'intéressent aux techniques de commande prédictive à modèle afin de calculer en temps-réel la vitesse maximale admissible, qui assure l'évolution du critère de stabilité choisi dans un domaine de stabilité. Les modèles, les observateurs, la prédiction du TCLa et les 2 systèmes de prévention présentés dans ce mémoire ont été validés et testés au travers de simulations avancées et d'essais expérimentaux réalisés sur un quad agricole et un robot autonome. Il apparaît alors qu'en plus d'être efficace pour la prévention des risques de renversement à hautes dynamiques, le système de sécurité est industriellement viable. Cela a été rendu possible grâce à une conception reposant uniquement sur des actionneurs et un système sensoriel, dont les coûts sont en adéquation avec le prix d'un VLTT.

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Garcia, Michael. "Hydrodynamique de micro-nageurs." Phd thesis, Université de Grenoble, 2013. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00952771.

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Abstract:

Les suspensions d'objets microscopiques ayant la faculté de se déplacer par eux-mêmes dans le fluide qui les entoure sont des systèmes qui présentent un intérêt croissant dans la communauté scientifique. Du fait de leur dynamique intrinsèquement hors-équilibre au sens de la physique statistique, ils génèrent des effets particulièrement complexes. Parmi les micro-objets autopropulsés existants, les micro-algues vertes représentent une part importante de la biomasse de la Terre et participent activement au retraitement du CO2 par leur activité photosynthétique. Elles présentent de plus un remarquable potentiel dans les domaines de la production de bio-carburants, du retraitement des déchets, de la fabrication de cosmétiques et de compléments alimentaires. La compréhension de la dynamique de nage de ce type de microorganisme est d'un intérêt primordial d'un point de vue industriel. Cet ouvrage présente l'étude de la dynamique de la micro-algue Chlamydomonas Reinhardtii. En utilisant un système de suivi de particules en imagerie optique que nous avons développé, nous analysons ici le mécanisme fondamental de nage utilisé par cette algue jusqu'à ses implications en terme d'effets collectifs sur la dynamique de nage d'une suspension semi-diluée.

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El, Ismaili Mohammed. "Out-of-equilibrium Binary Colloidal Mixtures : Experimental magnetic system and simulations of active Lennard-Jones mixtures." Electronic Thesis or Diss., Université de Lorraine, 2022. http://www.theses.fr/2022LORR0172.

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Abstract:

Les systèmes vivants consomment continuellement de l'énergie et ont ainsi accès à des états hors-équilibre qui leur confèrent des propriétés fascinantes. L'étude physique des systèmes vivants repose souvent sur des analogies avec des systèmes de la matière molle, tels que les colloïdes. Dans cette thèse, nous investiguons deux systèmes colloïdaux bidimensionnels hors l'équilibre thermodynamique, qui présentent des phénomènes d'auto-assemblage, de viscoélasticité, de transitions de phase et de ségrégation semblables à ceux de certains systèmes biologiques. Dans la première partie de la thèse, nous étudions expérimentalement et théoriquement la dynamique des agrégats de colloïdes paramagnétiques sous un champ magnétique tournant, qui agit comme une source constante d'énergie. Nous caractérisons la dynamique de rotation des agrégats, que nous expliquons par un modèle théorique qui décrit l'émergence de propriétés viscoélastiques collectives. Le modèle capture avec succès la dépendance entre la vitesse de rotation mesurée et les caractéristiques des particules, des agrégats et du champ, et il fournit une estimation de la viscoélasticité de l'agrégat. Nous étendons notre étude au cas des agrégats binaires de deux types de colloïdes, qui ont des tailles et des susceptibilités magnétiques différentes. La dynamique des agrégats en fonction des compositions est correctement décrite par notre modèle théorique généralisé. Nous caractérisons également l'évolution de la structure de ces agrégats binaires, qui rappelle la ségrégation entre deux liquides non miscibles. Motivés par les phénomènes d'étalement des agrégats vivants, nous étudions ensuite le désassemblage d'un agrégat de colloïdes en réponse à un changement du champ magnétique externe, par expérience et théorie. Dans la deuxième partie de la thèse, nous étudions un mélange binaire de colloïdes de Lennard-Jones actifs et passifs, caractérisés par deux températures effectives différentes, ce qui correspond à une différence d'activité scalaire. Nous effectuons des simulations de dynamique moléculaire où les deux types de colloïdes sont couplés à deux thermostats différents. Nous nous intéressons à deux systèmes de référence à l'équilibre thermodynamique : un mélange homogène et un système interfacial gaz-liquide. Nous amenons ces systèmes à des états stationnaires hors-équilibre en introduisant une différence de température effective entre les deux espèces, et nous étudions systématiquement les changements de structure et propriétés qui en résultent. Pour le système homogène, l'introduction d'une différence d'activité entre les deux espèces déplace le mélange du solide vers l'état liquide et le rend plus déformable que ce qui correspondrait à la température effective moyenne du système. Lorsque la différence d'activité dépasse un certain seuil, des phénomènes de ségrégation sont observés. Pour le système interfacial, nous étudions l'effet de l'activité sur une interface gaz-liquide pré-existante entre deux espèces séparées. Nous constatons qu'une différence d'activité élevée induit la formation de nouvelles interfaces solide-liquide, tandis qu'une différence faible déstabilise les interfaces liquide-gaz préexistantes. De plus, la combinaison d'une interface préexistante avec une activité différentielle conduit à une cristallisation partielle et donc à une coexistence de trois phases (solide, liquide et gaz). Les résultats obtenus dans ces systèmes idéalisés pourraient guider notre compréhension et mettre en évidence des mécanismes physiques présents dans les systèmes biologiques, où des comportements dynamiques similaires sont observés
Living systems generally operate in non-equilibrium states by continuously consuming energy, thus exhibiting rich collective dynamics and properties. Physical investigations often rely on analogies with model systems in soft matter, such as colloids. In this thesis, we develop two colloidal model systems that operate in non-equilibrium states and exhibit interesting phenomena similar to those of certain biological systems, such as self-assembly, viscoelasticity, phase transitions, and segregation. In the first part of this thesis, we study experimentally and theoretically the dynamics of two-dimensional clusters of paramagnetic colloids under a time-varying magnetic field. Due to the continuous energy input by the rotating field, these self-assembled clusters are at a dissipative non-equilibrium state. We experimentally characterize the dynamics of cluster rotation and we develop a theoretical model to explain the observations by the emergence of collective viscoelastic properties. The model successfully captures the observed dependence on particle, cluster, and field characteristics, and it provides an estimate of cluster viscoelasticity. We extend our study to the case of binary clusters of colloids of two different sizes and magnetic susceptibilities. The composition dependence of the rotation dynamics is successfully captured by a generalization of our theoretical model. We also investigate the evolution of the internal distribution of the two particle types, reminiscent of segregation in a drop of two immiscible liquids, and the effect of such structure on the rotation dynamics. Next, we study cluster disassembly in response to a change in the external field. The experimentally observed disassembly dynamics are successfully described by a model, which moreover provides an estimate of the particle-substrate friction coefficient. In the second part of the thesis, we investigate a two-dimensional binary mixture of active and passive Lennard-Jones colloids, characterized by different degrees of scalar activity, modeled by an effective temperature difference. We perform molecular dynamics simulations of this system using two different thermostats. We consider two equilibrium reference systems: a homogeneous system and a gas-liquid interfacial system. We drive these systems out-of-equilibrium by increasing the effective temperature difference and we systematically investigate the effect on their behaviors and properties. For the homogeneous system, our results indicate that the presence of differential activity shifts the mixture from solid towards the liquid state and renders it more deformable than a homogeneous state at the average temperature. The binary mixture remains homogeneous for moderate activity difference between the two species, and segregation arises for a sufficiently large activity difference. For the interfacial system, we investigate the effect of activity on a pre-existing gas-liquid interface between two separated species. We find that a high activity difference induces the formation of new solid-liquid interfaces, whereas a low difference destabilizes pre-existing liquid-gas interfaces. Moreover, the combination of a pre-existent interface with differential activity leads to partial crystallization and thus to triple phase coexistence (solid, liquid, and gas), which is observed over a wide range of differential activities. Our findings from these idealized systems could guide our understanding and point to certain physical mechanisms at play in biological systems, where similar dynamical behaviors are observed

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Paris, Annabelle. "Environnement EMI et expérience d'apprentissage à l'université : analyse de l'activité individuelle et collective d'étudiant.e.s de première année de Licence en Sciences et Techniques des Activités Physiques et Sportives." Electronic Thesis or Diss., Brest, 2024. http://www.theses.fr/2024BRES0031.

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Abstract:

Cette thèse porte sur l’expérience d’étudiant-e-s lorsqu’elles et ils apprennent une discipline en langue anglaise à l’université. L’objectif est de rendre compte de l’incidence de l’environnement EMI sur l’expérience individuelle sociale vécue par les étudiant-e-s dans des situations d’apprentissage de techniques corporelles. La thèse s’inscrit dans une approche par l’activité en sciences de l’éducation et de la formation en recourant au cadre théorique et méthodologique du cours d’action (Theureau, 2015). Les résultats de la première étude, exploratoire montrent que la perturbation linguistique introduite par l’EMI conduit les étudiant.e.s à adapter leur mode d’engagement et leurs focalisations dans les situations et à développer une activité d’enquête basée notamment sur les dimensions indicielles et iconiques liées aux actions des pairs. La deuxième étude, à dimension ethnographique, souligne que l’environnement EMI, porteur d’incertitudes pour les étudiant.e.s, a des effets sur le fonctionnement et l’organisation du groupe. Celui-ci donne lieu à l’émergence d'histoires pour les étudiant.e.s, et notamment d'interactions de coopération. Cette culture d’action partagée s’est révélée propice au développement de construits individuels, académiques et sociaux. Enfin, la dernière étude réalisée sur une séquence de TP sportifs EMI montre l'existence d’une communauté d’apprentissage qui soutient le développement individuel social des étudiant e s lors des situations de travail. L’environnement EMI permet de construire des connaissances différenciées sur soi, sur les pairs, sur le formateur et sur le contenu disciplinaire, en relation avec le niveau de langue des étudiant.e.s. Cette recherche ouvre des pistes praxéologiques pour soutenir l’action réfléchie en proposant la conception de nouveaux environnements de formation afin d’augmenter les apprentissages des étudiant.e.s engagé.e.s dans un parcours EMI
This thesis focuses on students’ expérience of learning an English language discipline at university. The aim is to account for the impact of the EMI environment on the individual social expérience lived by students in situations where they are learning bodily technics. The thesis is part of an activity-based approach in éducation and training sciences using the theoretical and methodological framework of the course of action (Theureau, 2015). The results of the first, exploratory study show that the linguistic disruption introduced by the EMI leads students to adapt their mode of engagement and their focus in situations and to develop an investigative activity based in particular on the indexical and iconic dimensions linked to the actions of peers. The second study, with an ethnographie dimension, emphasises that the EMI environment, which créâtes uncertainty for the students, has the following effects on the functioning and organisation of the group. This gives rise to the emergence of stories for the students, and in particular cooperative interactions. This culture of shared action proved conducive to the development of individual, academie and social constructs. Finally, the last study carried out on an EMI sports practical sequence shows the existence of a learning community which supports students' individual and social development during work situations. The EMI environment makes it possible to construct differentiated knowledge about oneself, one's peers, the teacher and the subject content, in relation to the students’ language level. This research opens up praxeological avenues to support reflective action by proposing the design of new training environments to enhance the learning of students involved in EMI courses

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Geamanu, Marcel-Stefan. "Estimation and dynamic longitudinal control of an electric vehicle with in-wheel electric motors." Phd thesis, Université Paris Sud - Paris XI, 2013. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00871231.

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Abstract:

The main objective of the present thesis focuses on the integration of the in-wheel electric motors into the conception and control of road vehicles. The present thesis is the subject of the grant 186-654 (2010-2013) between the Laboratory of Signals and Systems (L2S-CNRS) and the French Institute of Petrol and New Energies (IFPEN). The thesis work has originally started from a vehicular electrification project, equipped with in-wheel electric motors at the rear axle, to obtain a full electric urban use and a standard extra-urban use with energy recovery at the rear axle in braking phases. The standard internal combustion engines have the disadvantage that complex estimation techniques are necessary to compute the instantaneous engine torque. At the same time, the actuators that control the braking system have some delays due to the hydraulic and mechanical circuits. These aspects represent the primary motivation for the introduction and study of the integration of the electric motor as unique propelling source for the vehicle. The advantages brought by the use of the electric motor are revealed and new techniques of control are set up to maximize its novelty. Control laws are constructed starting from the key feature of the electric motor, which is the fact that the torque transmitted at the wheel can be measured, depending on the current that passes through the motor. Another important feature of the electric motor is its response time, the independent control, as well as the fact that it can produce negative torques, in generator mode, to help decelerate the vehicle and store energy at the same time. Therefore, the novelty of the present work is that the in-wheel electric motor is considered to be the only control actuator signal in acceleration and deceleration phases, simplifying the architecture of the design of the vehicle and of the control laws. The control laws are focused on simplicity and rapidity in order to generate the torques which are transmitted at the wheels. To compute the adequate torques, estimation strategies are set up to produce reliable maximum friction estimation. Function of this maximum adherence available at the contact between the road and the tires, an adequate torque will be computed in order to achieve a stable wheel behavior in acceleration as well as in deceleration phases. The critical issue that was studied in this work was the non-linearity of the tire-road interaction characteristics and its complexity to estimate when it varies. The estimation strategy will have to detect all changes in the road-surface adherence and the computed control law should maintain the stability of the wheel even when the maximum friction changes. Perturbations and noise are also treated in order to test the robustness of the proposed estimation and control approaches.

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Teodorescu, Catalin Stefan. "Commande de systèmes d'isolation antisismique mixte." Phd thesis, Université Paris Sud - Paris XI, 2013. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00904280.

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Nous nous intéressons aux méthodes de contrôle de vibrations de modèles réduits de structures à n degrés de liberté, sismiquement isolées au niveau de la base par des systèmes d'isolation mixte.Le mouvement provoqué par une sollicitation sismique horizontale a lieu dans le plan vertical.Nous avons construit un problème de contrôle semi-actif de systèmes incertains soumis à des perturbations inconnues, mais bornées. Dans le langage de l'automatique, il s'agit d'un problème d'atténuation de perturbations.Le résultat principal de cette thèse porte sur la construction d'une version modifiée des résultats de Leitmann et de ses collaborateurs sur la stabilisation de systèmes non linéaires incertains. Le théorème proposé repose sur une loi de commande par retour d'état qui assure en boucle fermée les propriétés de "uniform boundedness" et "uniform ultimate boundedness".En particulier, il peut être appliqué à la résolution de problèmes de contrôle semi-actif, qui sont actuellement traités en génie parasismique.L'objectif du contrôle est d'améliorer le comportement (i.e. la réponse) de structures isolées pour faire face aux perturbations externes, c'est-à-dire les séismes. Plusieurs points différencient notre problème de la majorité que l'on trouve dans la littérature: (i) on ne s'intéresse pas seulement à la protection de la structure isolée, mais aussi aux équipements situés à l'intérieur de la structure, et (ii) au lieu d'utiliser des indicateurs de performance habituels exprimés en termes de déplacement relatif de la base versus des accélérations absolues des planchers, nous utilisons uniquement le spectre de plancher en pseudo-accélération, comme il a été proposé dans des travaux précédents par Politopoulos et Pham. Ce travail est une tentative d'utiliser explicitement les spectres de plancher comme critère de performance.Concernant la procédure d'application, plusieurs étapes intermédiaires ont été détaillées:(i) modélisation de signaux sismiques;(ii) réglage des paramètres de la loi de commande utilisant la théorie des vibrations;(iii) validation et test du comportement en boucle fermée à travers des simulations numériques: pour des raisons de simplicité, on se limite au cas n=2.Cette procédure peut être utilisée sur des structures en industrie nucléaire, mais aussi en génie civil.D'autres sujets traités incluent une tentative d'utiliser les outils temps-fréquence, et en particulier la distribution de Wigner-Ville, pour la synthèse de lois de commande, en espérant pouvoir mieux contrôler les composants transitoires des signaux de perturbation (les entrées) et des variables d'état (les sorties).

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Mollet, Oriane. "Sondes actives en champ proche pour la plasmonique et la plasmonique quantique." Phd thesis, Université de Grenoble, 2012. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00767888.

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Abstract:

Les plasmons de surface (SP) sont des modes du champ électromagnétique confinés à l'interface entre un métal et un diélectrique. De par leur nature hybride, les SP permettent de concentrer et manipuler la lumière à des échelles sub-longueur d'onde. Ces propriétés sans précédent suscitent un grand intérêt, en particulier pour le transport et le traitement de l'information quantique mais aussi pour le contrôle de l'émission spontanée d'émetteurs fluorescents. Les études présentées dans ce manuscrit s'intéressent au couplage de nanostructures plasmoniques avec des nanoparticules luminescentes. L'outil utilisé est un microscope optique en champ proche (SNOM) dans lequel la nano-source de lumière est un nano-objet fluorescent attaché en bout de pointe (sonde active). Cette technique permet à la fois d'augmenter la résolution théorique accessible en SNOM mais aussi de positionner la sonde avec une précision nanométrique et de l'exciter directement grâce à la lumière laser injectée dans la fibre optique. En utilisant uniquement la lumière émise par l'objet, ces pointes ouvrent la voie à des études originales en nano-optique et en plasmonique. Dans ce travail de thèse, deux aspects distincts ont été abordés. D'une part, nous avons étudié les propriétés des plasmons de surface dans le régime de la plasmonique quantique en utilisant pour cela une sonde active fabriquée à base d'un émetteur de photons uniques, le centre NV (nitrogen-vacancy) contenu dans les nano-diamants. Les résultats fondamentaux obtenus sur ce système permettent d'envisager de nombreuses expériences en plasmonique quantique. D'autre part, le travail de développement des sondes actives à base de nanocristaux de YAG (yttrium-aluminum garnet) dopés au cérium a été poursuivi. Ces sondes nous ont permis de démarrer de nouvelles études sur les résonances plasmoniques localisées de particules colloïdales en or.

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Ben, Naceur Walim. "Evaluation des solutions d'encapsulation quasi-hermétique pour les composants actifs hyperfréquences." Phd thesis, Université Sciences et Technologies - Bordeaux I, 2013. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00991023.

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Abstract:

Les composants hyperfréquences embarqués dans des satellites utilisent actuellement l'encapsulation hermétique dans des boîtiers métalliques ou céramiques. La très forte amélioration des matériaux organiques en termes de dégazage et d'impureté ionique notamment rend possible l'utilisation de solutions quasi-hermétiques pour l'environnement spatial. Les encapsulations plastiques ouvrent des perspectives avérées de gain de dimension et de coût. La validation d'une technologie d'encapsulation repose sur la réalisation d'essais de fiabilité normatifs (1000 heures à 85°C et 85% d'humidité relative). Ces essais sont applicables quels que soient le profil de stockage de la mission, le type d'encapsulation et la technologie des composants utilisés. Les conditions de réalisation de ces essais ne sont pas clairement définies, par exemple l'application ou pas d'un fort champ électrique au niveau du composant. Or ce seul paramètre devient prépondérant lorsque les conditions sont réunies pour permettre la mise en place de phénomènes de corrosion. Ces travaux de thèse se sont axés sur la compréhension des mécanismes de défaillance mis en jeu dans des tests de vieillissement accéléré en chaleur humide. Pour cela, une méthodologie a été mise en œuvre pour établir les signatures électriques en statique de composants défaillants de deux filières technologiques de MMICs GaAs. Ces tests ont été reproduits sur des composants avec et sans encapsulation par une résine époxyde chargée silice, déposée selon le procédé dam-and-fill. Ainsi, il a été possible de distinguer les défaillances liées à la dégradation intrinsèque des composants, de l'effet protecteur ou non de l'encapsulation plastique. En parallèle, le comportement d'échantillons de résines sous différentes ambiances de chaleur humide a été testé et une modélisation a été proposée pour prédire leur prise d'humidité. Concernant l'effet de l'encapsulation par dam-and-fill, les résultats obtenus ont été contradictoires et dépendant des lots de composants. Ces résultats sont à pondérer par la taille restreinte de l'échantillonnage des files de test. En effet, pour la technologie représentative de cette étude, la présence d'une encapsulation plastique, pour un premier lot de composants, a eu tendance d'une part, à ne pas éviter ni même retarder l'apparition de fuites électriques, et d'autre part à aggraver ces dégradations, au point de mener à des défaillances dans la majorité des cas. De plus, des doutes subsistent sur la qualité de ce lot, notamment celle de la passivation. Pour un second lot de composants testés de technologie identique, il a été observé une amélioration de la résistance à l'humidité des composants encapsulés, vis-à-vis des puces nues. L'analyse de défaillance des composants encapsulés est extrêmement difficile car il faut pouvoir accéder aux défauts à la surface, voire sous la surface, du composant protégé. Une solution alternative a donc été cherchée afin de contourner les problèmes posés par la présence du matériau d'encapsulation. La nouvelle approche proposée combine la thermographie infrarouge avec la méthode du point chaud, l'imagerie en optique et l'analyse aux rayons X. Le défaut est tout d'abord localisé par la face avant, malgré la présence de la résine d'encapsulation. Ensuite, la transparence du substrat GaAs aux infrarouges permet des observations par la face arrière du composant. Une méthodologie de préparation relativement simple et rapide a pu être proposée et sa faisabilité démontrée.

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Exposito, Jonathan. "Amélioration de la qualité des images obtenues par optique adaptative et application à l'étude des noyaux actifs de galaxie." Phd thesis, Université Paris-Diderot - Paris VII, 2013. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-01005770.

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Abstract:

Ma thèse se situe à la jonction de trois domaines : l'étude des noyaux actifs de galax- ies (AGN), l'optique adaptative (OA) et l'optimisation des méthodes de traitement de données associées. Elle porte sur le développement d'outils permettant d'obtenir la meilleure qualité d'image en terme de résolution et de contraste et ainsi de max- imiser le retour scientifique notamment pour l'étude des AGN. L'optique adaptative permet de compenser les effets de la turbulence atmosphérique sur le front d'onde et ainsi de s'approcher de la limite théorique de résolution d'un télescope optique. La correction apportée est cependant partielle et des résidus de correction limitent le contraste dans l'image. Afin de maximiser celui-ci, il est possible d'utiliser des méthodes de déconvolution, mais il est nécessaire pour les appliquer de connaître précisément la fonction d'étalement de point (FEP) durant l'observation. J'ai étudié le noyau actif de la galaxie NGC 1068 à l'aide de NACO, une caméra proche infrarouge munie d'une optique adaptative sur le VLT. J'ai pu déterminer que le jet, détecté en radio, est la source d'excitation probable des raies coronales observées dans les régions proches (30-60 pc), au nord du noyau, ayant une struc- turation très particulière en vagues régulièrement espacées et disposées le long du jet. J'ai aussi mis en évidence la présence de super amas d'étoiles dans ces mêmes régions. L'étude a été limitée par la perte de contraste dans certaines images qui aurait pu être restaurée à l'aide d'une déconvolution. La seconde partie de ma thèse est alors dédiée à la reconstruction de la FEP afin de déconvoluer les images. Après le développement d'un outil utilisant une estimation au sens des moindres-carrés (MC) pour reconstruire la FEP à partir des données de l'OA, j'ai développé une nouvelle méthode basée sur une approche de type maximum de vraisemblance (MV) qui utilise également les données de boucle. J'ai montré sur simulation numérique (sur un système de type Canary) que la méthode MV et MC permettent toutes deux une estimation précise de la FEP dans les cas où le système d'optique adaptative fonctionne à fréquence élevée. À basse fréquence, où la méthode MC atteint ses limites, la méthode MV reste robuste et permet une estimation précise de la FEP. Sur la base des résultats préliminaires que j'ai obtenus, la méthode MV semble très prometteuse et pourra être à terme appliquée dans le cadre des ELT.

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Almadori, Yann. "Fonctionnalisation non-covalente de nanotubes de carbone mono-feuillets : étude du confinement de molécules photo-actives et intercalation de rubidium." Phd thesis, Université Montpellier II - Sciences et Techniques du Languedoc, 2013. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00997533.

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Abstract:

Ce travail de thèse expérimental porte sur l'élaboration et l'étude de systèmes hybrides 1D de nanotubes de carbone mono-feuillets, fonctionnalisés de manière non covalente, sous deux aspects. La première étude s'intéresse à l'intercalation de rubidium dans les faisceaux de nanotubes. L'objectif est de faire le lien entre les propriétés structurales des nanotubes dopés et leurs propriétés électroniques au cours du dopage. Un dispositif original dédié, adapté à l'utilisation sur grands instruments et permettant le suivi " in-situ " de l'intercalation par une approche multi-techniques, a été développé dans ce but. Nous mettons en évidence par EXAFS que l'arrangement local autour des ions rubidium est dépendant de la stœchiométrie des composés étudiés. Il apparaît alors qu'à faible taux de dopage, les sites de défauts oxygénés sont privilégiés. Le changement de structure est également relié à une transition semi-conducteur/métal des nanotubes, observée par mesure de résistance électrique et spectroscopie Raman, et induite par le dopage des nanotubes par le rubidium.La seconde partie expérimentale est consacrée à l'étude du confinement d'oligothiophènes à l'intérieur de nanotubes de carbone mono-feuillets. Des mesures de diffraction des rayons X et de microscopie électronique en transmission haute résolution démontrent l'efficacité de notre protocole d'encapsulation. D'autre part, différentes spectroscopies, absorptions UV-Visible et infrarouge et diffusion Raman, indiquent un transfert de charge relativement faible entre les molécules encapsulées et les nanotubes de carbone. Ce résultat est très bien mis en évidence par les modifications de profil, d'intensité et de fréquence des modes Raman hautes fréquences. On notera le bon accord entre les résultats obtenus ici et les effets de renormalisation de l'énergie de phonon discutés dans la littérature. En complément, des effets de confinement liés au diamètre des nanotubes ont été mis en évidence par l'étude des modes Raman basses fréquences. Deux modèles structuraux sont proposés pour expliquer les tendances observées. Le premier suggère un comportement indépendant de la nature de l'espèce insérée. Dans le second, le nombre de chaines d'oligothiophènes encapsulées en fonction du diamètre des tubes est pris en compte. De plus, nous montrons également une influence significative des défauts structuraux sur les systèmes hybrides.

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POTIER, LASNIER SYLVIE. "Augmentation de la duree de conservation d'un aliment a humidite intermediaire : comparaison entre l'atmosphere modifiee et d'autres techniques de conservation, application a la genoise." Reims, 1988. http://www.theses.fr/1988REIMS011.

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Abstract:

Cette patisserie industrielle, d'activite de l'eau fixee a 0,85 est un produit sensible aux alterations microbiologiques et physico-chimiques. Pour la conserver, sans ajouter d'additifs ni modifier sa formulation, plusieurs techniques ont ete testees: le conditionnement sous atmosphere modifiee, l'irradiation, les rayonnements hautes frequences, hyper frequences et infra-rouges. Cette etude a conduit a retenir et optimiser trois techniques aux caracteristiques suivantes: un conditionnement sous atmosphere modifiee, qui comporte une atmosphere interne et un film aux proprietes bien determinees. L'etude de l'atmosphere interne a permis, notamment, de tenter une evaluation de la consommation en oxygene de moisissures se developpant en presence d'un fort taux de gaz carbonique, un traitement en infra-rouge court a forte densite de puissance et un traitement micro-ondes qui permettent un traitement de pasteurisation tres court. Ces trois techniques ont ete comparees au niveau d'un essai industriel d'un point de vue qualite et cout du produit traite. Dans les conditions d'utilisation choisies, le traitement qui parait le plus performant et a moindre cout est le traitement par infra-rouge court a forte densite de puissance

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Daverat, Christophe. "Etude expérimentale de la convection naturelle en canal vertical à flux de chaleur imposé : application au rafraîchissement passif de composants actifs de l'enveloppe des bâtiments." Phd thesis, INSA de Lyon, 2012. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00782327.

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Abstract:

La réduction de la consommation des bâtiments passe par : l'économie d'énergie, l'efficacité énergétique et l'utilisation des énergies renouvelables. Sur ce dernier point, l'intégration à grande échelle de composants photovoltaïques (PV) est une solution. Le rendement et la durée de vie des cellules PV en silicium cristalin diminuant avec l'augmentation de leur température de fonctionnement, il est essentiel de mettre au point des configurations d'intégration limitant leur échauffement. L'intégration en configuration de double-peau - la surface PV est séparée du bâtiment par une lame d'air - est une solution prometteuse. Sous l'effet de la chaleur, un écoulement de convection naturelle se met en place entre les deux parois, refroidissant ainsi les panneaux PV. Cet écoulement peut également servir de moteur pour la ventilation en été, et de préchauffage de l'air en hiver. Cette étude, expérimentale, fait partie d'un projet visant à comprendre le fonctionnement des double-peaux PV en analysant séparément les différents phénomènes physiques avant de prendre en compte l'ensemble des couplages. Elle porte plus particulièrement sur la convection naturelle au sein des double-façades verticales. Ici, la double-peau est modélisée par un canal vertical dont les deux parois principales sont chauffées sous des conditions de flux imposé. Un banc d'essais a été développé pour étudier la convection naturelle dans un canal vertical en eau. L'eau a été choisie pour se placer dans le cas d'un écoulement de convection pure (pas de rayonnement entre les parois). C'est un canal vertical de 65 cm de haut avec un écartement réglable placé dans une cuve de 1,5 m de haut contenant 160 L d'eau. Les parois sont chauffées à l'aide de 24 chaufferettes indépendantes délivrant un flux de chaleur uniforme, ce qui permet d'appliquer différentes configurations de chauffage. Des mesures de flux et de température sont réalisées au niveau des parois, et un système couplant de la velocimétrie laser Doppler deux composantes à un micro-thermocouple (25 μm) a été développé pour avoir accès aux vitesses verticale et horizontale et à la température dans le canal. Ce banc et son instrumentation sont décrits et les incertitudes de mesure associées ont été caractérisées. La configuration de chauffage uniforme symétrique a été étudiée ici pour différentes puissances injectées. Les profils de vitesse et de température moyennes mettent en évidence la présence d'un changement de régime d'écoulement dans le canal pour un nombre de Rayleigh indéntifié. L'étude approfondie des profils des fluctuations de vitesse et de température a permis de mettre au point une modélisation comportementale de ce changement de régime. De plus, une première approche est développée pour évaluer la pression dans le canal à partir de l'analyse et de l'estimation des différents termes de l'équation de conservation de la quantité de mouvement.

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Bachaalany, Mario. "Utilisation de capteurs CMOS rapides pour l'imagerie X à très haute sensibilité." Phd thesis, Université de Strasbourg, 2012. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00955895.

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Abstract:

Cette étude évalue le potentiel, comme détecteur de rayons X, des capteurs à pixel CMOS conçus pour la trajectométrie des particules chargée. Nous démontrons l'intérêt de la construction d'une image par comptage de photons uniques pour la définition de celle-ci. Un dispositif exploitant une source X est développé pour mesurer la résolution spatiale sur l'impact des photons. Une simulation complète sous GEANT4 montre que le système permet d'estimer cette résolution avec une incertitude de 2 µm. L'application du protocole caractérise la détection directe des rayons X de basse énergie (< 10 keV) par un capteur CMOS avec une résolution de 52 lp/mm. Une méthode de détection indirecte, couplant un cristal de CsI(Tl) finement segmenté au capteur CMOS, est employée pour les énergies supérieures à 10 keV. La résolution spatiale dans ces conditions atteint 15 lp/mm. Une simulation détaillée explique cette performance limitée par les caractéristiques d'émission de lumière du cristal employé.

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Matei, Constantin Ionut. "Recherche des assemblages moléculaires actifs en biolubrification en vue du diagnostic et de la thérapeutique précoce de pathologies articulaires." Phd thesis, Université Claude Bernard - Lyon I, 2012. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00932693.

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Abstract:

Les maladies ostéoarticulaires représentent environ 10% de l'ensemble des pathologiessurvenant en France chaque année. Les difficultés pour identifier les causes de ces maladiesproviennent pour une part d'un manque de compréhension du mécanisme de lubrificationd'une articulation synoviale saine. Dans ce contexte, un premier objectif de ce travail a été d'analyser la structurediscontinue du liquide synovial à partir de prélèvements animaux sains et de la reproduire àpartir de composants biomoléculaires commerciaux afin de comprendre le mécanisme delubrification dans le cas sain. Le deuxième objectif de cette thèse a été d'analyser l'évolution de la structure et despropriétés lubrifiantes du liquide synovial dans le stade précoce de pathologies noninflammatoiresou inflammatoires à partir de prélèvements pathologiques humains. Afind'étudier plus finement l'évolution de la lubrification pathologique cette thèse a visé àdévelopper aussi des modèles de lubrifiants obtenus à partir de cultures cellulaires desynoviocytes humains en combinant l'action de facteurs inflammatoire (cytokines).L'ensemble des résultats montre l'importance de la structure supramoléculaire duliquide synovial dans l'obtention de bonnes propriétés lubrifiantes ; cette relation devraitconstituer d'une part un paramètre clé dans le diagnostic précoce des pathologies articulaireset d'autre part une voie de développement de liquides thérapeutiques à base de lubrifiantsnanostructurés

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Luddens, Francky. "Analyse théorique et numérique des équations de la magnétohydrodynamique : application à l'effet dynamo." Phd thesis, Université Paris Sud - Paris XI, 2012. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00831411.

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Abstract:

On s'intéresse dans ce mémoire aux équations de la magnétohydrodynamique (MHD) dans des milieux hétérogènes, i.e. dans des milieux pouvant présenter des variations (éventuellement brutales) de propriétés physiques. En particulier, on met ici l'accent sur la résolution des équations de Maxwell dans des milieux avec des propriétés magnétiques inhomogènes. On présentera une méthode non standard pour résoudre ce problème à l'aide d'éléments finis de Lagrange. On évoquera ensuite l'implémentation dans le code SFEMaNS, développé depuis 2002 par J.-L. Guermond, C. Nore, J. Léorat, R. Laguerre et A. Ribeiro, ainsi que les premiers résultats obtenus dans les simulations de dynamo. Nous nous intéresserons par exemple au cas de la dynamo dite de Von Kármán, afin de comprendre l'expérience VKS2. En outre, nous aborderons des cas de dynamo en précession, ou encore le problème de la dynamo au sein d'un écoulement de Taylor-Couette.

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Fu, Yunan. "Développement de capteurs à pixels CMOS pour un détecteur de vertex adapté au collisionneur ILC." Phd thesis, Université de Strasbourg, 2012. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00869940.

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Abstract:

Le travail de thèse a consisté, en priorité, à s'approprier les technologies d'intégration verticale en usage dans l'industrie pour réaliser des mémoires à plusieurs étages, et à en évaluer l'apport pour les capteurs à pixel CMOS (CPS). Cette approche s'appuie sur la capacité de l'industrie à interconnecter des puces amincies empilées les unes sur les autres. Elle ouvre la perspective d'associer plusieurs microcircuits superposés à un même pixel, en dépits de sa taille réduite. L'interconnexion est donc réalisée au niveau du pixel. Ce saut technologique permet de lever la majorité des obstacles à l'obtention de performances optimales des CPS. On peut en particulier combiner des puces réalisées dans des technologies CMOS très différentes, chacune optimale pour une fonctionnalité précise. La collection des charges du signal peut ainsi être réalisée dans une couche dédiée, les microcircuits de conditionnement analogique des signaux peuvent être concentrés dans une autre couche, une troisième couche pouvant héberger les parties numériques assurant la compression puis la transmission des signaux, etc. Ce progrès se traduit notamment par la possibilité de combiner haute résolution spatiale et lecture rapide, avec une amélioration probable de la tolérance aux rayonnements intenses.On s'affranchit de cette manière des limitations provenant des paramètres de fabrication des fondeurs, qui ne permettent pas à l'heure actuelle, de pleinement exploiter le potentiel des CPS à l'aide d'une technologie CMOS unique.

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Laplante, Caroline. "Évolution des défauts dans les fibres optiques irradiées." Thèse, 2017. http://hdl.handle.net/1866/21296.

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Dissertations / Theses on the topic 'Matière active (physique)'

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