Résumé

Palaiseau – 26 Avril 2024

À l’Académie de Versailles, approfondissez vos connaissances sur le rôle de la modélisation pour la compréhension des phénomènes physiques auprès de chercheurs et chercheuses au Laboratoire de physique de la matière condensée.

simulation numérique, par la méthode du champ de phase, de la solidification dirigée d'un alliage bi
Simulation numérique, par la méthode du champ de phase, de la solidification dirigée d'un alliage binaire eutectique en présence d'impuretés ternaires. Les larges doigts, appelés "colonies eutectiques", sont composés de deux phases solides (rouge et bleu) et avancent dans le liquide (violet). Les auréoles devant le front de solidification donnent une visualisation de la distribution spatiale des composants de l'alliage. L'augmentation vertigineuse de la puissance de calcul des ordinateurs a permis de révolutionner les études portant sur la croissance cristalline et l'auto-organisation des molécules. UMR7643 Laboratoire de physique de la matière condensée 20030001_1229 © Mathis PLAPP/CNRS Images

Le rôle de la modélisation pour la compréhension des phénomènes physiques

Au cours de cette journée, nous illustrerons par divers exemples le rôle décisif de la modélisation pour la compréhension de phénomènes dans divers domaines de la physique moderne. La matinée sera consacrée à des exposés liés aux travaux effectués au sein de l’équipe « physique de l’irrégularité ». Nous y présenterons comment la modélisation contribue à la compréhension du vivant, des mécanismes de formation des matériaux et à des problématiques d’ingénierie nucléaire. L’après-midi sera consacré à la visite d’installations expérimentales en physique du solide et en chimie des matériaux pour lesquelles la modélisation est indispensable à l’interprétation des résultats. La journée sera complétée par une discussion sur des aspects techniques (présentation d’une infrastructure de calcul de haute performance, enjeux énergétiques).

Modalités de participation

Cette journée s’intègre au plan académique de formation de l’Académie de Versailles. La participation à cette action est donc réservée aux enseignantes et enseignants de physique-chimie de cette académie préalablement inscrits via le plan académique de formation.

5 à 10 participants.

Programme de la journée

  • 09h30-10h15 : Accueil et conférence introductive
  • 10h30-12h00 : 3 conférences thématiques
  • 12h00-14h00 : Pause Déjeuner
  • 14h00-17h00 : Visites du laboratoire

Conférence introductive

La physique de l’irrégularité : héritage(s) des fractales et du chaos

L’équipe « physique de l’irrégularité » travaille sur l’auto-organisation et les propriétés d’objets et matériaux de forme géométrique irrégulière, comme par exemple les structures ramifiées ou les matériaux poreux. Ces travaux ont leurs origines dans deux grands développements conceptuels de la deuxième moitié du 20e siècle : la géométrie fractale et la théorie du chaos. Le développement de ces deux sujets est étroitement lié à l’émergence de la modélisation et de la simulation numérique comme nouvelles méthodes de la recherche scientifique.

Mathis Plapp

Directeur de recherche CNRS au Laboratoire de physique de la matière condensée (LPMC, CNRS / École Polytechnique)

Mathis Plapp est directeur de recherche au CNRS et a dirigé le laboratoire de Physique de la matière condensée entre 2015 et 2022. Il a reçu la médaille de bronze du CNRS en 2002. Son sujet de recherche principal est la modélisation de la formation de microstructures lors de la solidification de matériaux.

Conférences thématiques

Modéliser pour éviter le pire : les accidents graves nucléaires

Lors d’un accident grave nucléaire par perte de refroidissement (Fukushima) il se forme un liquide complexe, appelé « corium », composé du combustible nucléaire et de l’acier des structures du réacteur. Afin de le garder confiné il faut pouvoir évacuer la chaleur résiduelle tout en gardant une enceinte de confinement. La modélisation de ce système complexe impliquant des phénomènes thermo-chimiques, et hydrodynamiques doit permettre de construire des enceintes de confinement sûres.

Conférencier

Hervé Henry

Chargé de recherche CNRS au Laboratoire de physique de la matière condensée (LPMC, CNRS / École Polytechnique)

Hervé Henry est chargé de recherche au CNRS et responsable de l’équipe « physique de l’irrégularité » du laboratoire PMC. Hervé Henry développe des recherches sur la modélisation de la fracture et des écoulements dans les fluides multi-phasiques.

La vie d’une cellule témoignée par le mouvement des particules individuelles

Le transport des macromolécules, organelles et vésicules dans les cellules vivantes est un processus extrêmement compliqué qui détermine et contrôle de nombreuses réactions biochimiques, ainsi que la croissance et le fonctionnement des cellules. La diffusion passive dans le cytoplasme surencombré est combinée avec le transport actif par des protéines motrices attachées aux microtubules. Ce mécanisme conduit à des diffusions anormales qui ont trouvé des évidences expérimentales abondantes. Les expériences de suivi des particules individuelles permettent d’enregistrer leur mouvement à l’intérieur des cellules et donc fournissent des informations fines sur le transport intracellulaire. Dans cet exposé pédagogique, on discutera les expériences biologiques et les modèles physiques afin de mieux comprendre ce phénomène et ses conséquences biomédicales telles que le contrôle de l’infection virale ou la délivrance plus efficace de médicaments.

Conférencier

Denis Grebenkov

Directeur de recherche CNRS au Laboratoire de physique de la matière condensée (LPMC, CNRS / École Polytechnique)

Denis Grebenkov est directeur de recherches au CNRS. Il a reçu la médaille de bronze du CNRS en 2012. Il développe des recherches à la frontière entre physique, mathématiques, et sciences du vivant.

Germination d’une nouvelle phase

Le processus de germination est à l’origine de l’apparition d’une nouvelle phase au sein d’un milieu, comme lors de la solidification des alliages métalliques, la cristallisation en solution ionique, ou la formation de bulles de vapeur. C’est un sujet transverse, la germination intervient en chimie, en physique, en biologie ou encore en science des matériaux. Les premiers instants sont difficiles à observer car les germes sont nanométriques et la transition peut être très rapide. La théorie classique de la germination, développée dans la première moitié du 20ème siècle, repose sur plusieurs approximations, notamment sur le fait que les embryons de la nouvelle phase possèdent déjà les propriétés de la phase d’équilibre. Les progrès récents en simulation numérique, en particulier en dynamique moléculaire, et l’émergence de nouvelles techniques expérimentales permettent enfin de sonder ces premiers germes, et on constate qu’ils peuvent être très différents de la phase d’équilibre. Il faut donc modifier la théorie classique, comment ? C’est le sujet de cette présentation.

Conférencier

Thomas Philippe

Chargé de recherche CNRS au Laboratoire de physique de la matière condensée (LPMC, CNRS / École Polytechnique)

Thomas Philippe est chargé de recherches au CNRS. Son sujet de recherche principal est la modélisation de la croissance cristalline et de la germination.

Visite de laboratoire

Laboratoire de physique de la matière condensée (LPMC)

L’apport de la modélisation pour l’interprétation des expériences en physique

Le Laboratoire de physique de la matière condensée est surtout un laboratoire d’expérimentateurs, mais la modélisation est souvent indispensable pour tirer le maximum d’expérimentations complexes. Cette démarche sera illustrée avec des exemples en physique des semi-conducteurs (localisation de porteurs de charge dans les solides désordonnés) et chimie des matériaux (expériences de criblage analysées par des méthodes d’intelligence artificielle).