Optimisation d'observables de premier passage pour des processus de diffusion intermittents confinés

par Thibaut Calandre

Thèse de doctorat en Physique

Sous la direction de Olivier Bénichou.

Soutenue le 03-07-2014

à Paris 6 , dans le cadre de Ecole doctorale Physique de la Région Parisienne (....-2013) , en partenariat avec Laboratoire de Physique Théorique de la Matière Condensée (laboratoire) .

Le jury était composé de Jean-François Dufreche, Eric Dumonteil, Pierre Levitz, Athanasios Batakis, Raphaël Voituriez.


  • Résumé

    Dans cette thèse, nous étudions les propriétés d’un mouvement de diffusion intermittent dans un milieu confiné.Dans ce but, nous considérons un modèle minimal de catalyse hétérogène, mettant en jeu une particule soumise à un mouvement de diffusion “surface-mediated”, alternant des phases de diffusion volumique à l’intérieur d’un disque, et des phases de diffusion surfacique sur le pourtour du disque. Pour un tel mouvement, nous obtenons des résultats pour plusieurs observables de premier passage (i) le temps moyen de premier passage d'atteindre une cible, (ii) la probabilité de splitting d’atteindre une cible spécifique, (iii) le territoire exploré avant de sortir du disque (iv) la probabilité de réaction avec des sites catalytiques. Selon la position relative de départ de de ces quantités vis-à-vis du temps d'adsorption moyen sur la surface. Nous avons montré que des excursions volumiques peuvent minimiser le temps de recherche d’une cible, même si celle-ci est située sur la surface. Nous présentons également un modèle simple de milieu poreux ordonné, constitué d’un réseau hypercubique de cavités identiques. Nous présentons deux modèles : (i) pour un mouvement brownien simple, (ii) pour un mouvement intermittent, en introduisant un paramètre de persistance. Nous montrons que ces deux modèles, dans la limite de non-persistance, converge vers le même résultat. Nous avons aussi etudié le comportement et l’optimisation du coefficient de diffusion vis-à-vis du temps moyen d’adsorption. Pour évaluer nos résultats théoriques, nous utilisons des simulations de Monte-Carlo et des résolutions numériques par le méthode des éléments finis.

  • Titre traduit

    First passage observable optimization for intermittent and confined diffusion processes


  • Résumé

    In this thesis, we study first-passage properties for an intermittent Brownian motion inside a confining domain. We consider a minimal model of heterogenous catalysis in which a molecule performs surface-mediated diffusion inside a confining domain whose boundary contains catalytic sites. We obtain results for several observables : (i) the mean first-passage time to reach a target, (ii) the splitting probabilities that the molecule reach a specific target, (iii) the covered territory on the confining surface before the molecule exits the domain, (iv) the probability of reacting with catalytic sites. These results are exact for point like-targets, and are shown to be accurate also for extended targets, located on the surface or inside the bulk. Depending of the relative positions of the entrance and exit points, very different behaviors with respect to the mean adsorption time of the molecule on the surface are found. Although non-intuitive for bulk targets, it is found that boundary excursions, can minimize the search time. We also present a simple model of an ordered porous media. We present two models : (i) for a simple Brownian motion, (ii) for a surface-mediated diffusion with a parameter of persistence b. This model leads to a less simple result for the efficient diffusion coefficient. Our main result shows that in the limit of non persistence (b=0), both results are the same. We also provide an analysis of the behaviors of the efficient diffusion coefficient with respect to the mean adsorption time, showing optimisation possibilities. Numericals Monte-Carlo simulations and finite element solver have been used to evaluate our theoretical results.


Il est disponible au sein de la bibliothèque de l'établissement de soutenance.

Consulter en bibliothèque

La version de soutenance existe

Où se trouve cette thèse ?

  • Bibliothèque : Université Pierre et Marie Curie. Bibliothèque Universitaire Pierre et Marie Curie. Bibliothèque électronique.
Voir dans le Sudoc, catalogue collectif des bibliothèques de l'enseignement supérieur et de la recherche.