Archives de l’auteur : Céline THEBAULT

30 Janvier 2018 / Conférence IPR exceptionnelle : Serge HAROCHE, prix Nobel de Physique 2012


Titre :

« Puissance et étrangeté de la physique quantique »

Conférencier : Serge Haroche 
Collège de France et Ecole Normale Supérieure, Paris

DATE : Mardi 30 Janvier 2018
12H15 – Le Diapason

Résumé : Née il y a près d’un siècle, la physique quantique nous a fourni les concepts essentiels à la compréhension du monde microscopique des particules élémentaires, des atomes et des photons. Ses applications  (électronique, ordinateurs, lasers, imagerie par résonance magnétique, horloges atomiques… )  ont révolutionné notre vie quotidienne. Et pourtant, en dépit de tous ses succès, cette physique  apparaît comme étrange à notre intuition, formée par l’observation du monde macroscopique. Cette étrangeté est illustrée par la fameuse métaphore du chat que le physicien autrichien Schrödinger avait imaginé suspendu par les lois quantiques entre la vie et la mort. Les principes quantiques fondamentaux – celui de la superposition des états qui implique qu’une particule peut se comporter comme une onde et celui de l’intrication qui entraîne une non-localité étrange des lois de la nature –  ne s’observent toutefois directement qu’à l’échelle des atomes et des particules. Au niveau macroscopique qui nous est familier, ces manifestations  bizarres sont voilées par le phénomène de la décohérence, qui donne au monde une apparence classique familière.

Depuis quelques années, les progrès technologiques permettent cependant de manipuler directement des systèmes quantiques isolés (atomes, molécules, photons, microcircuits supraconducteurs…). Ces expériences ont ouvert la voie à l’observation directe des aspects contre intuitifs du comportement quantique.  Au delà de leur intérêt fondamental,  elles nous font entrevoir des technologies nouvelles dans lesquelles l’étrangeté quantique serait directement domestiquée. On parle de cryptographie,  de métrologie, de simulateurs et d’ordinateurs quantiques.  Que ces applications  voient ou non le jour, l’exploration en profondeur des lois étranges du monde quantique nous promet encore des surprises et de nombreux motifs d’émerveillement.

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Actualité scientifique « Friction solide sur des supports… pas très solide »

J. Crassous et S. Boury de l’IPR ont publié un article dans Physical Review Letters visant à la compréhension de la friction à la surface de matériaux déformables. Ces études trouvent des applications dans les mécanismes de locomotion des animaux ou des robots par exemple. Les lois de la friction solide supposent que les corps en présence sont  effectivement solides. En observant des fourmis à la surface de milieux sablonneux, des chercheurs ont posé la question de leur validité dans le cas de milieux partiellement solides.

Voir le communiqué de presse du CNRS : http://www.cnrs.fr/inp/spip.php?article5695

Une punaise (Pyrrhocoris apterus) gravissant une pente de matériau granulaire. Les empreintes laissées permettent à l’insecte de remonter la pente. Photographie T.Steinmann/A. Verbe.

En savoir plus

Pressure dependent friction on granular slopes close to avalanche
J. Crassous, A. Humeau, S. Boury et J. Casas
Physical Review Letters (2017), doi:10.1103/PhysRevLett.119.058003

 

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Toute première expérience pilotée par l’IPR au laser à rayons X SwissFEL

Marco Cammarata a piloté avec d’autres membres du département matériaux et lumière de l’IPR et des collègues de l’Institut (PSI) la première expérience sur le laser électron libre SwissFEL émettant des rayons X ultra-brefs et très intenses. Cette toute première expérience sur le SwissFEL, utilisant la diffraction des rayons X résolue en temps, a permis d’étudier avec une précision inégalée la transition photoinduite de semi-conducteur à métallique dans des nanocristaux de Ti3O5.

Cet exploit a été salué par un highlight du SwissFEL. Lien vers le highlight : https://www.psi.ch/swissfel/first-pilot-experiment

L’expérience a été réalisée sur la station expérimentale Bernina du SwissFEL, dirigée par Gerhard Ingold et Henrik Lemke. Elle est conçue pour réaliser des expériences femtoseconde pompe-sonde en matière condensée et en science des matériaux.

Ce travail a été réalisé dans le cadre de la LIA IM-LED du CNRS, en collaboration avec le prof. Shin-ichi Ohkoshi et Hiroko Tokoro (Université de Tokyo).

Lien vers le SwissFEL : https://www.psi.ch/swissfel/

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Séminaire MMC : Alesya Mikhailovskaya « Experimental evidence of non-affine deformations in disordered materials »

DATE : Vendredi  15 décembre à 11h salle 120 du 11E

Intervenante: 
Alesya Mikhailovskaya
Laboratoire: Post-doctorante département MM, IPR;

Résumé:  The wide use of heterogeneous materials requires understanding of their deformation both for the fundamental knowledge of their mechanical behavior and for engineering applications. The disordered structure of these systems causes nonuniform stress propagation leading to a deviation from the affine character of deformations even in the reversible elastic regime. Emergence of non-affine zones and subsequent intermittent structural rearrangements determine the mechanical response of amorphous materials. The development of non-affine deformations in heterogenous systems has been demonstrated in numerous simulations, however only few works studied it experimentally. We have designed an experiment based on the diffusive wave spectroscopy (DWS) that allows one to compensate the affine part of the applied deformation and reveal the deviation from the linear response. The results on the thermal expansion of a granular material will be presented.

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Séminaire DPM / Karine LE BRIS, Université Saint-Francis-Xavier, Nouvelle Ecosse, Canada

Intervenante : Karine Le Bris,
Professeur associé, Département de Physique, Université Saint-Francis-Xavier, Nouvelle Ecosse, Canada Professeur invité: Lawrence Livermore National Laboratories, Californie, Etats-Unis (2017)

DATE : lundi 18/12 de 14h à 14h45 salle 50

*Résumé de la présentation* La détection /in situ/ de gaz sous forme de traces trouve des applications dans des domaines aussi variés que les sciences de l’atmosphère, l’astrophysique, le contrôle de la qualité de l’air, la sécurité et les analyses médicales. La spectroscopie dans le moyen infrarouge est un outil particulièrement intéressant pour la détection des constituants minoritaires, la plupart des molécules possédant des modes vibrationnels actifs dans cette gamme spectrale. Cependant, le manque de sources laser fiables dans ces longueurs d’onde ainsi que la longueur du trajet optique requise par la spectroscopie d’absorption traditionnelle, ont longtemps confiné cette technique aux applications en laboratoire. L’apparition de lasers à cascade quantique à large bande dans la gamme spectrale entre 8-11,5 um ouvre des possibilités intéressantes de détection spectroscopique au-delà des techniques traditionnelles. La combinaison de ces nouveaux lasers accordables et de techniques d’absorption par cavité résonante permettent maintenant la création de détecteurs optiques extrêmement compacts. Cet exposé portera principalement sur deux développements : la spectroscopie de sortie intégrée en cavité hors axe (OA-ICOS) et la spectroscopie en modes de galerie chuchotante (WGM). Les avantages, les défis et les applications attendues pour ces nouveaux détecteurs seront présentés.

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Séminaire MMC : Adrien BUSSONNIERE « The acoustic signature of soap bubble bursting »

DATE : Vendredi 8 décembre a 11h salle 120 du 11E:

Intervenant: Adrien BUSSONNIERE
Laboratoire: Post-doctorant département MM, IPR (début d’activité : décembre 2017)

Résumé: Many familiar events feature a distinctive sound : paper crumpling or tearing, squeaking doors, rain drumming on the ground or the characteristic bubbling sound of boiling water. Though hardly noticeable in our daily environment, these common place sounds carry a profusion of informations about the fleeting physical processes at the root of acoustic emission. In this talk we investigate the popping sound emitted by a bursting soap bubble seen as a paradigm of violently evolving liquid interfaces ; by making use of acoustic antennae and high speed cameras and taking advantage of aeroacoustics conceptual framework, we reveal how the forces due to capillarity, thin film flow and out-of-equilibrium dynamics of surfactants shape the acoustic signature of the bursting bubble. This study provides new informations on the forces exerted by interfaces, paving the way for a complement tool to study violent events occurring in complex, out-of-equilibrium systems such as ageing foam, rain impact, magmatic flows or crackling lungs.

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Suivre la dynamique ultrarapide d’état magnétique grâce à un laser à rayons X

L’actualité scientifique «Suivre la dynamique ultrarapide d’état magnétique grâce à un laser à rayons X », relative à l’article « Coherent structural trapping through wave packet dispersion during photoinduced spin state switching », publié dans la revue Nature Communications sur des travaux menés par Marco Cammarata et Eric Collet, a été mise en ligne sur le site web de l’INP

Pour la première fois, un consortium international est parvenu à suivre en temps réel à l’échelle de la femtoseconde, la réorganisation structurale d’un complexe métallique durant une transition magnétique photo-induite. Cela a été permis par le développement de sources de rayons X intenses et cohérentes aux temps courts.

Lire la suite : http://www.cnrs.fr/inp/spip.php?article5605

Lire l’article : Coherent structural trapping through wave packet dispersion during photoinduced spin state switching
H. Lemke, K. S. Kjaer, R. Hartsock, T. B. van Driel, M. Chollet, J. M. Glownia, S. Song, D. Zhu, E. Pace, S. F. Matar, M. M. Nielsen, M. Benfatto, K. J. Gaffney, E. Collet et M. Cammarata
Nature Communications (2017), doi:10.1038/ncomms15342

Voir la vidéo : https://images.nature.com/original/nature-assets/ncomms/2017/170524/ncomms15342/extref/ncomms15342-s3.mov

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Séminaire Théorie et Simulation : Jean-Marc SIMON « Chemically constrained systems: New perspectives from nanothermodynamics »

DATE : Lundi 04 Décembre 2017 à 14h00
Salle 120 – Bat 11E

Intervenant : Jean-Marc Simon
Laboratoire Interdisciplinaire Carnot de Bourgogne,
Université de Bourgogne Franche Comté

Small systems cannot be described by classical thermodynamics. One reason is that the
surface area becomes important, in contrast to the case for systems in the thermodynamic
limit. The increased experimental interest in nanosized systems, has created a demand on the
theoretical side. Our aim has been to find a systematic description of the thermodynamic
properties of small systems; their size and shape-dependence in particular. Thereby we hope
to improve the understanding and modeling ability of such systems. The thermodynamics of
small systems (also called nanothermodynamics) was first developed by T. L. Hill [1] in the
sixties. It gives a general background to systematically express thermodynamic properties in
terms of system size [2]. During the last 5 years we applied this approach to the analysis of
molecular dynamics simulations and we developed new efficient tools to compute
thermodynamic properties like partial molar quantities that can be hardly accessible by other
methods. The method was tested on different system types: Lennard-Jones mixtures, ternary
molecular systems, reactive mixtures (2H=H2), CO adsorbed on graphite, … These results
validate the use of the thermodynamics of small systems for molecular systems and clearly
show that they are consistent both with the Kirkwood-Buff approach [3, 4] and Gibbs’
thermodynamics for a surface. Beyond the application to molecular simulated data, this new
approach opens new ways to study systems were the individual particle sizes are large
compared to the system size.
During the presentation I will present the way we applied nanothermodynamics for the
benefit of the analysis of molecular simulations, and I will put a focus on the analysis of
chemically constrained systems.
[1] T. L. Hill. Thermodynamics of small systems. Part 1, Benjamin, New York, 1963

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Offre de stage de Master

Titre : Transferts de chaleur dans les sols salés

DATE /(printemps 2018)

Lieu : IPR, Campus de Beaulieu, Rennes

Contact : Édouard Canot, IPR, 02 23 23 53 77, Edouard.Canot@univ-rennes1.fr

Les sols du désert d’Atacama au Chili sont constitués d’un mélange de sable, de limon et de sel à forte concentration. Les archéologues étudient certaines régions de ce désert, occupées à la fin du pléistocène (il y a environ 13 000 ans) lorsque les conditions habituelles hyper arides ont été améliorées par un niveau plus haut de précipitations. Les sols y sont très hétérogènes, avec en particulier, une répartition complexe des zones à forte teneur en sel. Une modélisation physique de ces sols est nécessaire pour mieux connaître les caractéristiques et comportement de ces sols, afin d’exploiter au mieux les traces laissées par les chasseurs – cueilleurs du pléistocène.

Une question importante, en lien avec les structures de combustions préhistoriques, est de savoir si la présence de sels dans un milieu granulaire humide modifie ses propriétés thermophysiques et son comportement lorsqu’il est chauffé. On propose d’utiliser un système expérimental consistant à chauffer un sable fin bien calibré, plus ou moins humide, avec des concentrations variables de sels dissous initialement dans l’eau. Plusieurs instrumentations différentes peuvent être mise en œuvre : thermocouples pour la mesure de température, sondes TDR ou absorption gamma pour la présence d’eau (suivant le degré de saturation du milieu), enfin des mesures électriques pour la salinité.

Une partie du stage consistera en la calibration des sondes TDR par rapport à d’autres types de mesures (pesée d’échantillons après séchage en étuve). Le rôle du sel sera également examiné avec soin, aussi bien sous sa forme dissoute dans l’eau présente, que sous sa forme solide ou précipitée ; en particulier, l’impact de sa distribution dans le milieu granulaire (grains de sels mélangés à du sable ; grains de sable enrobés d’une couche de sel précipité) sur les propriétés thermophysiques sera étudié.

Suivant le temps disponible, des comparaisons avec des résultats de simulations numériques, que nous développons dans notre équipe, seront possible.

Schéma de principe : chauffage dessus d’un sol humide, apparition d’une zone sèche

 

Système expérimental utilisé : cuve cylindrique chauffée par un système infra-rouge, instrumentée en mesure de température et humidité

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OFFRE DE STAGE de Master 2 Physique

Titre : Chenalisation d’un gaz sous pression dans un milieu granulaire

Lieu : IPR, Campus de Beaulieu, Rennes
Contact : Édouard Canot, IPR, 02 23 23 53 77, Edouard.Canot@univ-rennes1.fr
(étude en lien avec Jean de Bremond d’Ars, de Géosciences Rennes)

La chenalisation se produit lorsqu’on injecte sous pression un fluide au sein d’un milieu poreux non consolidé : sous la pression, le milieu se déforme pour laisser couler le fluide suivant des chenaux dont la forme peut évoluer au cours du temps. Dans cette étude uniquement expérimentale, on s’intéresse exclusivement au cas de l’injection d’air dans du sable très fin. Si le sable est sec, l’air sous pression se crée un passage, parfois sinueux et instable, dans lequel le milieu granulaire est fluidisé (expériences de Yoshimura et al., 2016). Dans un premier temps il s’agira de retrouver certains de ces résultats et de caractériser l’apparition de la chenalisation, ainsi que ses régimes, en fonction de la pression de l’air. Dans un deuxième temps, le sable sera humidifié par de l’eau, ce qui conduira à rendre le milieu granulaire cohésif (penser au château de sable qui tient tout seul malgré son poids). On pense que la chenalisation à travers un milieu faiblement humide s’effectue très différemment ; une nouvelle caractérisation sera donc nécessaire et il s’agira alors de l’exploration d’un cas non étudié dans la littérature à notre connaissance. La chenalisation sera certainement évolutive sur une grande échelle de temps puisque le passage de l’air sec conduira à évaporer une partie de l’humidité du milieu.

L’expérience consistera en une configuration quasi-2D, dans laquelle le sable est présent entre deux plaques de verres relativement proches. La transparence de ces plaques permettra de faire de la visualisation par photos ou par vidéos. La mesure de l’humidité initiale du milieu sera effectuée par plusieurs méthodes : d’une part une méthode de pesée avant et après séchage d’un échantillon, d’autre part par des sondes TDR.

L’application visée concerne la couche superficielle des volcans en zone tropicale dans laquelle la vapeur d’eau, provenant de l’évaporation des eaux infiltrées, cherche à sortir à sortir à travers un milieu hétérogène, plus ou moins poreux.

 

 

Schéma de principe : création de chenaux par                                      injection d’un gaz sous pression dans un milieu granulaire

 

Ex de chenalisation dans un sédiment fin (tiré de la figure 7 de Mörz et al., 2007).

 

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