Thèse soutenue

Étude d'un modèle Hamiltonien de liquide non-Galiléen : du mouvement collectif sans activité
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Auteur / Autrice : Mathias Casiulis
Direction : Marco TarziaLeticia F. Cugliandolo
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Physique
Date : Soutenance le 21/11/2019
Etablissement(s) : Sorbonne université
Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Physique en Île-de-France (Paris ; 2014-....)
Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de physique théorique de la matière condensée (Paris ; 1997-....)
Jury : Président / Présidente : Florent Krzakala
Examinateurs / Examinatrices : Eric Bertin, Julien Tailleur
Rapporteurs / Rapporteuses : Peter Holdsworth, Silke Henkes

Résumé

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Le mouvement collectif, l'ordre spontané des vitesses dans un système macroscopique, est une propriété marquante des systèmes vivants tels que les vols d'oiseaux. Il est prédit par des modèles de particules auto-propulsées, qui sont actives : elles ne conservent ni énergie, ni impulsion. Dans ma thèse, j'étudie un modèle conservatif de mouvement collectif, composé de particules portant des spins couplés à leur vitesse, en m'aidant de notions de physique des liquides, de magnétisme, et de mécanique statistique. Je montre que l'alignement des spins génère une attraction effective, qui est responsable d'une séparation de phase entre un gaz isotrope et un ferroliquide se terminant en un point triple, d'où émerge la ligne de Curie. Je dresse ensuite le diagramme des phases du modèle en présence d'un couplage spin-vitesse, en faisant varier son intensité, le nombre de particules, la densité, et la température. La conservation de l'impulsion impose que les phases polaire soient en mouvement collectif. A basse température et basse densité, je montre que le système peut créer spontanément des défauts d'alignement pour ne pas avoir à se mouvoir et ainsi échapper à un coût élevé en énergie cinétique. Je montre que le système peut transiter d'un état apolaire vers un état polaire lorsque la température augmente, trahissant un phénomène d'ordre par le désordre. Enfin, je montre que le mouvement du système est bien décrit par un modèle effectif de particules auto-propulsées avec de l'inertie de rotation, qui augmente fortement à la transition de rigidité. A haute inertie, le système présente des virages et des rotations spontanées dus à la conservation du moment cinétique.