Thème 2

Systèmes complexes : des sytèmes hors équilibre à la matière biologique

La physique statistique des systèmes à l’équilibre fournit actuellement un cadre solide à la thermodynamique classique. Cependant, la plupart des systèmes rencontrés en matière condensée, dans les systèmes biologiques, industriels ou naturels, évoluent hors de l’équilibre, à cause de la présence d’un forçage extérieur ou parce qu’ils ne peuvent pas relaxer vers l’équilibre (verres). Ces systèmes sont souvent non linéaires, désordonnés et complexes : les interactions entre leurs composants élémentaires peuvent conduire à l’émergence de propriétés nouvelles. Les objets étudiés viennent de domaines différents – verres, granulaires, matière molle, fluides simples et complexes, matière active ou biologique, lasers – et les thématiques abordées sont variées – fracture, interfaces, suspensions, instabilités, transitions, chaos, turbulence, mélange, transport, réseaux, information – mais les approches utilisées, en particulier la physique statistique, sont communes.

Comprendre les dynamiques lentes et émergentes dans les systèmes hors-équilibre représente donc un des grands défis actuels en physique : ces systèmes sont omniprésents, de l’échelle nanométrique à l’échelle astronomique.

(i) ils ne peuvent pas être compris en adaptant simplement les outils de la physique de l’équilibre – leur appréhension nécessite le développement de concepts nouveaux.

(ii) ils sont directement connectés à des besoins sociétaux importants concernant l’énergie, le climat, les risques naturels ou la santé.

Le campus de Paris-Saclay regroupe un nombre important d’équipes au meilleur niveau international travaillant dans ces domaines. A travers ce thème prioritaire, nous souhaitons encourager ces équipes à interagir et à établir un cadre conceptuel commun.

Des projets transdisciplinaires à l’interface physique biologie, comprenant des aspects théoriques, numériques et expérimentaux permettront de structurer la communauté scientifique à travers des axes de recherche qui correspondent aux domaines de la physique dans lesquels des percées scientifiques sont attendues dans les prochaines années :

  • les objets biologiques
  • les systèmes désordonnés et vitreux
  • la matière molle et les systèmes biologiques
  • la matière active et les systèmes vivants
  • les fluides et les lasers : instabilités chaos et turbulence
  • les applications théoriques interdisciplinaires
Deformation_dun_gel_colloidal_durant_le_sechage

Déformation d’un gel colloïdal durant le séchage (échelle 200 μm)

Transition_laminaire_2

Transition laminaire – turbulent dans un écoulement cisaillé : patern stationnaire émergeant de laturbulence locale.

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Image d’éjection d’ADN d’un virus bactérien (cryoEM).

Plateforme_GYROFLOW
Micro_endommagement_observe_sur_la_surface_de_rupture_du_verre_plymerique
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 Plateforme GYROFLOW : turbulence dans  des systèmes en rotation rapide. Micro-endommagement (marque paraboliques) observé sur la surface de rupture dun verre polymérique. Convection thermique dans un fluide avec une viscosité dépendant de la température

Liste des projets financé par le thème 2 de PALM

Contact : Gianguido BALDINOZZI (SPMS)