Laboratoire Matière et Systèmes Complexes

Thèse de Alexandre Solon effectuée sous la direction de Julien Tailleur

Soutenance le mardi 8 septembre 2015 à 14h.

Lieu : bâtiment Halle aux Farines, salle 575F La soutenance sera suivie d’un pot au 6e étage du bâtiment Condorcet.

Physique statistique de la matière active

Résumé :

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 la thermodynamique de larges 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.