Two phenomena of self-adaptation in out-of-equilibrium Systems
Institution:
Paris 7Disciplines:
Directors:
Abstract EN:
In this thesis we investigate two self-adaptive Systems. The first is a floating liquid lens in which the Faraday instability is triggered. The shape of the lens is given by the interplay between the surface waves and the lens flexible border. This leads to an evolution either towards a dynamical equilibrium or a behaviour that remains out of equilibrium. The evolution is determined by two effects: the radiation stress of surface waves, which tends to deform the lens, and capillarity which tends to restore a circular shape. On this central idea we have constructed a model which describes quantitatively the most common final shape of the lens at the equilibrium. The comparison between theoretical and experimental shapes is very satisfying. Moreover, in the out-of-equilibrium System we have found that the radiation stress is the motor of the observed complex dynamics and of phenomena of self-propagation. The second System is constituted by a nematic liquid crystal which is in a turbulent regime when it is submitted to a forcing electric field. For large forcing the turbulent motions continuously create topological defects, that correspond to a three-dimensional reconstruction of the nematic order. The typical spatial scale of the System is the defect size, also called biaxial coherence length. We have changed this length and have found a novel and unexpected transition towards a state of different topology. This transition occurs through the propagation of defect lines.
Abstract FR:
Dans cette thèse nous étudions deux systèmes auto-adaptatifs. Le premier est une flaque liquide flottante dans laquelle se développe l'instabilité de Faraday. A la suite de l'interaction entre les ondes de surfaces et du bord déformable de la flaque, cette dernière peut évoluer de deux manières distinctes qui conduisent soit à un équilibre dynamique soit à un comportement évolutif qui reste hors d'équilibre. L'évolution est gérée par la compétition entre deux effets : la pression de radiation des ondes de surfaces, qui tend à déformer la flaque, et la capillarité qui tend à la ramener à la forme circulaire. Sur cette idée nous avons développé un modèle qui décrit la forme finale de la flaque dans le cas à l'équilibre le plus commun, et la comparaison avec les données expérimentales est très satisfaisante. En outre, dans le système hors de l'équilibre nous avons trouvé que la pression de radiation est le moteur qui permet aux flaques d'avoir une dynamique complexe et qui est à la base de phénomènes d'auto-propagation. Le second système est constitué par un cristal liquide nématique qui est rendu turbulent par un forçage électrique. Aux forçages élevés les mouvement turbulents créent continuellement des défauts topologiques qui correspondent à une reconstruction tri-dimensionnelle de l'ordre nématique. L'échelle spatiale caractéristique de ces systèmes est la dimension des défauts, appelée longueur de cohérence bi-axiale. Nous avons modifié cette longueur et trouvé une transition nouvelle et inattendue vers un état de topologie différente qui est obtenu à travers la propagation de défauts.