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Présentation du Groupe Physique de l’Irrégularité

par Anne-Marie, Hervé Henry - publié le , mis à jour le

Les systèmes de géométrie complexe, irrégulière ou aléatoire sont légion dans la nature, que l’on se tourne vers le monde inerte ou vers le vivant. Bien loin du cristal régulier, paradigme de la recherche en physique des solides pendant plusieurs décennies, ces géométries se retrouvent dans organes qui constituent notre corps, traversés de réseaux de transport, d’irrigation, de drainage ou de communication, dans les croissances dendritiques qui limitent la durée de vie des accumulateurs et déterminent les propriétés mécaniques des alliages, dans les fractures qui gouvernent la durée de vie des matériaux, dans des milieux poreux d’où l’on extrait aujourd’hui le pétrole ou bien qui demain peut-être stockeront le CO2. Comprendre comment apparaissent le désordre ou la complexité géométrique permet ainsi de comprendre l’émergence des propriétés de transport, de vibration, de résistance de très nombreux systèmes, depuis les échelles les plus microscopiques (atomique, quantique) jusqu’aux échelles astronomiques.L’universalité et la prévalence de ces concepts, à travers l’étude de systèmes très différents, est le ciment intellectuel qui unit les membres du groupe. Les divers thèmes abordés se regroupent suivant trois axes majeurs :

  1. Les travaux portant de façon générale sur la morphogenèse, soit l’étude de l’émergence des géométries irrégulières, désordonnées, complexes. Ceci concerne la croissance dendritique au travers de l’agrégation limitée par la diffusion, mais aussi l’évolution de la morphologie des films bactériens (les « biofilms »), les mécanismes de progression des fractures, ou encore les phénomènes de mûrissement.
  2. Le transport dans les géométries complexes. On s’intéresse ici la dynamique des mouvements de diffusion dans les milieux confinés, dans les cellules, mais aussi à l’échange gazeux au sein d’organes comme le poumon ou le placenta, et plus généralement aux divers mécanismes de transport des gaz, particules, aérosols, fluides dans les voies aériennes pulmonaires. Un autre grand aspect de ces travaux portent sur la propagation des ondes et vibrations (quantique, acoustique, mécanique, optique), leur amortissement et leur localisation dans les milieux désordonnés.
  3. La dynamique, la relaxation nucléaire dans les milieux poreux et confinés. Les applications de ces travaux expérimentaux et théoriques concernent notamment l’étude de la répartition
    eau-huile au sein des roches pétrolifères, le repliement des protéines, ou encore la
    dynamique des gaz hyper-polarisés dans le poumon.

Outre la maîtrise des concepts théoriques (diffusion, champ de phase, localisation des ondes) et l’expertise dans la simulation numérique (éléments finis, calcul parallèle), les grands outils expérimentaux sont la résonance magnétique nucléaire et la microscopie tunnel.