Internships 2010-2011

Adrien, C. : Privé de nourriture, l’amibe Dictyostelium discoideum forme un organisme multicellulaire pour se déplacer, communément appelé « Slug » ou « Pseudoplasmodia ». Mon stage consistait à résoudre un problème soulevé l’année dernière : l’absence de réponse photactique des slugs en milieu confiné. En effet lorsqu’ils sont en milieu non confiné, les slugs répondent parfaitement à la lumière et se dirigent très nettement vers elle. J’ai donc principalement essayé de trouver une réponse à ce paradoxe. J’ai débuté mon stage par une longue recherche bibliographique pour connaître le travail réalisé précédemment. Ensuite j’ai mis en place de nombreuses expériences pour répondre aux différents problèmes soulevés. Enfin j’ai traité énormément d’images et de données, en faisant principalement des études statistiques, pour obtenir des informations sur le comportement des slugs en milieu confiné.

Baillergeau, M. : Le projet est composé de deux parties. On a pour but de construire une partie du détecteur qui est un SQUID (Superconductive QUantum Interference Device). Les SQUIDs servent à mesurer la variation d’un gradient de champ magnétique. Il existe dans le commerce des SQUIDs qui sont fabriqués en utilisant des jonctions Josephson Supra-Isolant-Supra. Nous voulons fabriquer notre propre SQUID qui lui utilisera des jonctions Josephson Supra-Metal-Supra et qui a pour objectif d’être le plus sensible possible (une capacité de détection aux alentours de 10^-7 phi0/(Hz)^1/2) en utilisant la lithographie électronique.
Dans un second temps, il faudra mesurer les capacités des SQUIDs et leurs propriétés avec des mesures de bruits, de capacités en jouant sur tous les paramètres auxquels on a accès lors de la fabrication.

Belliard, R. : we solve the equations of motion for a free gravitino in a four dimensional geometry generalizing Reissner-Nordstrom black holes, use the AdS/CFT correspondence to compute the two-point function of the supercurrent of the corresponding CFT and then study the existence of Fermi surfaces in the case of holographic metals.

Bernardoff, J. : Je fais mon stage dans le groupe d’I. Bloch, dans l’équipe de l’experience "Bosons". Il s’agit de charger un condensat de Bose-Einstein (de rubidium) dans un réseau optique formé par deux lasers de fréquence f et 2f : on appelle ca un "super-réseau", constitué d’un réseau dit "court" et d’un "long", ce qui permet d’obtenir une structure interne au réseau. L’équipe a récemment installé le réseau long dans une deuxième direction. On peut donc étudier la dynamique sur des minicristaux à 4 sites (appelés plaquettes) sur lesquels on peut régler la profondeur du potentiel indépendemment sur les 4 sites (on ne travaille pas sur 1 seule plaquette, il y 100000 atomes environ dans le condensat qui se répartissent en plaquettes). Il s’agit principalement de contrôler la préparation d’états, à savoir le nombre de particules sur les 4 sites, leur spin respectif et leur niveau d’énergie dans le potentiel (mini)cristallin (qu’on peut appeler "bandes", même s’il y a très peu d’atomes). Un des objectifs global est d’étudier le magnétisme au niveau quantique (interaction d’échange,...).
Je ne travaille pas directement sur l’expérience, les effectifs étant suffisant mais je m’occupe de projets "secondaires" qui seront (probablement) ajoutés par la suite ou aident à la détermination de la "feuille de route expérimentale" ; je fais donc plutot des choses expérimentales (avec un peu de Matlab ou Mathematica ) ; en ce moment, je monte un dispositif Raman, afin de contrôler ces "bandes".

Berthet, M. : One of the most compelling problem in modern cosmology is the understanding of dark energy, which is our explanation to the acceleration of the expansion of the universe. That could be a cosmological constant, a dynamic scalar field, or even a failure of General Relativity. We mesure the combined power of some experiments to constrain the dark energy parameters with the Fisher matrix formalism. We work on a code which allows to make projections for combination of many techniques : Supernovae, Baryon Acoustic Oscillations (BAO), Weak Lensing, Galaxy Cluster (language C/C++). This is between theoretical and numerical research.

Bertrand,O. : My project is inspired by the cytoskeletal networks within living cells. Such these networks are gels consisting of stiff structural filaments crosslinked by active motor proteins. Here, ‘active’ indicates that the motor proteins are non- equilibrium systems that consume an external source of energy : they are enzymes that extract chemical energy through ATP hydrolysis, and convert that energy into mechanical work in the form of force generation and motion along the filaments. My project is divided in three step. I had to develop linked object and an active linker. The contraction of linker is measured with a magnetic tweezer. The linked objects are DNA-Nanotubes and have been observed by microscopy and AFM. The second step is ligate (via a ligase) linked and linker to create a biomolecular gel. This gel is characterize by studying thermo-fluctuation via confocal microscopy. This gel is activated by a protein motor called FtsK. The main goal of this activation is create an actuator and a gel crawling on a surface by controlling protein and ATP concentration.

Castan, T. :Les super-terres chaudes sont des planètes extra-solaires, dont les caractéristiques sont d’être d’une composition similaire à celle de la Terre, et d’être proche de leur étoile, donc ayant des températures très élevées au point subsolaire. L’objectif du stage est de déterminer des variables physiques dans leur atmosphère, telles que la vitesse des particules, la pression et la température. Pour cela, l’étude de l’exemple connu Io, satellite de Jupiter, a été faite, afin de produire un programme permettant de résoudre les équations régissant son atmosphère. L’application de ce programme à des planètes récemment découvertes permet alors de déterminer les variables recherchées. Une comparaison entre l’atmosphère de ces planètes sera alors effectuée, mettant en exergue leur différence sous l’influence des différents paramètres liés aux super-terre chaudes. En parallèle, un travail analytique sur l’aspect magnétique à l’intérieur de ces planètes permettra peut-être d’améliorer ces résultats dans certains cas.

Cebile, A.-L. : Mon stage consiste à essayer de retrouver le profil d’énergie libre d’une protéine (la filamine, qui sert à maintenir la structure du cytosquelette) a partir de multiples expériences de dépliement et de méthodes statistiques. A l’aide d’un AFM (Microscope a Force Atomique) on peut connaitre la densité de probabilité de la longueur de ce sur quoi l’on tire et en déduire son profil d’énergie libre. Cependant, on ne tire a priori pas uniquement sur la protéine étudiée (il peut y avoir des morceaux de protéines dépliées aux extrémités de la protéine qu’on étudie). Mon travail consiste alors à séparer la contribution de la protéine étudiée au profil d’énergie libre total de celle du reste, qui ne nous intéresse pas. Il s’agit notamment de trouver des moyens numériques adaptés à notre situation pour faire une deconvolution. Ce stage a une petite partie expérimentale de manipulation de l’AFM et une partie théorique et numérique de reconstruction du profil d’énergie libre.

Delehaye,M. :Ultracold Fermi gases provide the opportunity to explore experimentally the physics of strongly interacting systems : for some fermions, such as 6Li and 40K, we can tune the interactions between atoms in different spin states by varying a magnetic field. Then, there can be formation of molecules, which can condense into a Bose-Einstein Condensate, or formation of weakly bound Cooper pairs. Between these two limits is a strongly interacting region where the gas is said to be unitary. There, Fermi gases can display universal properties, where the behaviour of the gas does not depend on the microscopic details of the constituent particles or their interactions, and the results one obtains for these gases can be applied to other dilute Fermi systems with contact interactions.
My internship consists of an experimental study of a unitary ultracold gas of 6Li, using a spectroscopic technique called Bragg scattering. Atoms and molecules react differently to Bragg scattering, thus it provides a sensitive means to probe the composition of the gas. In particular, Bragg spectroscopy provides a means to measure the dynamic and static structure factor of these gases. The experimental apparatus used for these studies was already almost set up when I arrived, so my work will mostly involve acquiring data and analysing it. The specific topics I will study include analysing some properties of 2D Fermi gases, measuring a universal parameter called ’contact’, and performing spatially-resolved Bragg spectroscopy.

Delorme, M. : L’objectif de mon stage est d’étudier un modèle de basse dimension pour la dynamique du champ magnétique terrestre. Il s’agit d’une équation différentielle ordinaire couplant l’évolution des amplitudes de quelques modes du champ magnétique (ceux qui semblent prépondérant dans la dynamique). Les symétries du problèmes imposent des conditions sur la forme que peut prendre cette équation et la théorie des bifurcations (variété centrale, forme normale,... ) permet de la simplifier. L’étude du modèle met en jeu les outils de la physique non-linéaire : instabilités, bifurcations, application de Poincaré, transition vers le chaos.
J’ai pu en particulier : montrer que le modèle permettait bien d’obtenir des solutions se renversant aléatoirement entre deux états symétriques (comme c’est la cas pour le champs magnétique terrestre), étudier la succession de bifurcations (lorsque l’on se déplace dans l’espace des paramètres) entrainant l’apparition de chaos et m’intéresser à l’évolution de quelques grandeurs caractéristiques des solution au voisinage de la transition solution stationnaire/ solution avec renversement.

Duval, A. : L’intense intensité lumineuse envoyée dans les cavités optiques des interféromètres à ondes gravitationnelles induit au niveau des miroirs une pression de radiation qui influe sur leur mouvement ce qui peut en retour affecter la l’intensité dans la cavité en décalant la fréquence de résonnance de la cavité. La structure peut ainsi devenir instable et il importe donc d’étudier ces instabilités pour calculer la précision des interféromètres. Les photons peuvent également être absorbés par les modes acoustiques internes du miroir et émettre alors un phonon et un autre photon dont la fréquence est décalée vers le rouge (diffusion Stockes). Ceci peut aussi se produire dans l’autre sens si un photon absorbe un phonon et est ensuite décalé vers le bleu (diffusion anti-Stockes). On parle alors d’interactions à 3 modes (2 modes otiques et un mode acoustique). Celles-ci peuvent être très importantes si les deux fréquences optiques considérées sont résonnantes pour la cavité.
Pour mon stage j’ai d’abord étudié théoriquement la propagation des rayons gaussiens dans les cavités optiques et le fonctionnement général des interféromètres tout en observant expérimentalement les interactions à 3 modes dans une cavité test de 80m au centre de recherche de Gingin, Australie Occidentale. Ensuite je suis revenu à l’université UWA à Perth pour travailler sur une autre expérience avec un modèle simplifié. Cette fois-ci la cavité est plus petite (30cm) et les miroirs sont fixes, c’est une fine membrane à l’intérieur de la cavité qui bouge en fonction de la pression de radiation. Le but est d’alors d’envoyer deux rayons résonnant dans la cavité afin que les effets Stockes et anti-Stockes se compensent.

Fargette,A. : Une tige élastique déposée sur une surface mobile (tapis roulant) peut former différents motifs, sélectionnés suivant la différence entre la vitesse du tapis roulant et la vitesse d’injection de la tige. L’étude de ces motifs se fait à l’aide d’un montage expérimental à l’échelle du laboratoire, mais peut modéliser des problèmes intervenant à des échelles très différentes : déposition de câbles transocéaniques à l’échelle macroscopique, enroulement de nanotubes de carbone à l’échelle microscopique. Quelle que soit l’échelle, le problème repose sur les
larges déformations d’une tige élastique rencontrant une surface solide. Une partie de mon stage consiste à étudier le diagramme de phase des motifs obtenus, et en particulier l’influence de la courbure naturelle de la tige sur celui-ci. En parallèle, des simulations numériques sont menées par une équipe de l’université de Columbia (New York). Une autre partie de mon stage consiste à analyser ces résultats numériques (à l’aide de Matlab). L’avancée en parallèle des simulations et du travail expérimental permet d’ajuster les expériences réalisées en fonction des résultats des simulations et vice-versa.

Fauvarque, O. : Le problème de la dissipation de l’énergie dans les plasmas non col- lisionnels (essentiellement gouvernés par le champ magnétique ambiant) semble pouvoir être résolu par l’étude des fluctuations anisotropiques de la turbulence. Celle-ci est en effet le processus qui dissipe l’énergie et la répartit aux différentes échelles du plasma. Pour identifer cette répartition en énergie, un traitement doit être effectué sur les champs magnétiques relevés dans les régions où se trouvent le plasmas. De nombreux algorithmes basés sur les diverses transformations de Fou- rier et également sur les traitements par ondelettes ont déjà servi, avec un certain succès, à traiter les données. Néanmoins de nombreux inconvénients subsistent toujours et empêchent une interprétation fiable et complète du traitement.
L’objectif de mon stage est de faire un pas, encore, en avant en utilisant les derniers progrès effectués dans le domaine des ondelettes. Il s’agit, dans le jargon, de créer une transformée discrète non décimée en paquets d’ondelettes (UDWPT : undecimated discrete wavelet packet transform). Cette méthode permettra, on l’espère, d’isoler dans un signal la composante correspondant à une échelle donnée. Une fois l’algorithme construit et testé, il sera appliqué aux données réelles provenant de magnétomètres embarqués dans des satellites tels que CLUSTER.
Bien évidemment mon stage se constitue principalement de programmation. Néanmoins, j’ai dû également acquérir un imposant bagage théorique mathéma- tique sur le traitement par ondelettes. J’espère d’autre part avoir le temps de faire un peu plus de physique en traitant les données réelles puis en interprétant les résultats.

Fil, A. : Each tokamak discharge starts with a breakdown phase in which the plasma is formed. Prior and during this initial discharge phase the magnetic fields are formed and a loop voltage is applied to allow formation of plasma by ionising the gas that is introduced in the vacuum chamber. The aim of the study is to :

 Implement the simulation code for the breakdown phase, solving for the current evolution, density, temperature and impurity content of the plasma ( kinetic model ).

 Calculation of the connection length either from a wire model or existing flux map calculation.

 Introduce the magnetic model into the kinetic model.

 Data survey and first validation of the model and assumptions.

 Develop the model for JET and improve the hypothesis.

 If possible extend the validated model predictions to ITER.
Le stage est à la fois théorique ( Champs magnétiques et phénomènes d’avalanche ) et numérique ( programmation sous IDL, analyse et traitement des nombreuses données expérimentales ).

Frérot,I. : Il s’agit de mettre en place plusieurs dispositifs expérimentaux comprenant une source de paires de photons intriqués et divers éléments optiques (miroirs, cristaux, filtres...) pour étudier la dynamique des corrélations entre les photons. Plus précisément, chaque photon définit un qubit (système quantique à deux niveaux), et le dispositif optique est équivalent à un couplage avec un environnement, entraînant la perte progressive de l’intrication entre ces deux qubits. On cherche donc à étudier quantitativement cette dynamique, à l’aide de différentes mesures des corrélations, différents états initiaux du système et différents canaux de décohérence.

Gleyzes, J. : Dans le modèle cosmologique actuel, l’Univers est composé de deux fluides parfaits, la matière (30%), et l’énergie noire (70%), la différence entre les deux étant la relation pression-densité. L’énergie noire permet d’expliquer le fait que l’Univers est en expansion. Dans ce modèle, les interactions entre les deux fluides ne sont pas permises. Pour mon stage, j’ai exploré les modifications sur l’histoire de l’Univers
qu’entraineraient des interactions entre ces deux fluides. Pour cela, j’ai utilise Matlab pour résoudre numériquement les équations qui régissent la dynamique de l’Univers (équations de Friedmann) et j’ai comparé ces résultats au modèle actuel et aux observations. J’ai aussi regardé les modifications entrainées si on modifie la relation pression-densité, ou encore le nombre de fluides différents. J’ai donc passé beaucoup de temps devant un ordinateur, mais mon travail ne demandait pas beaucoup de connaissances en programmation. J’ai aussi passé beaucoup de temps avec un crayon et du papier, à essayer d’expliquer les résultats obtenus numériquement. Pour cela, je considère que mon stage a été un mélange plutôt équilibré entre théorie et numérique.

Hesse, J. : I am working on a review of self-organized criticality in the brain. My work is theoretical, and the aim is to go through all the work that has been done so far on this subject, and to combine theoretical reasons, experimental evidence and computational mechanisms in order to provide a more convincing account of self-organized criticality in the brain than each single argument gives. This collection of arguments will hopefully show that self-organized criticality is easily implemented which motivates the application of the same idea to an engineering problem. More precisely, the hope is to use nano-wires and self-organizing algorithms that drive the network topology to criticality in order to creat bio-inspired computation devices. The project combines the rather physics-oriented subject of critical phase transitions with results of neuroscience, questions of network theory, and even engineering.

Hogervorst, M. : Le stage s’inscrit dans la problématique de montrer que la théorie phi^4 en quatre dimensions est triviale, c’est-à-dire que la limite continue de cette théorie décrit des bosons libres. Ce point de vue est répandu, mais aucune preuve rigoureuse n’existe : l’argument est essentiellement perturbatif. Pour D > 4, Aizenman (1981) a montré que phi^4 est triviale, en utilisant une répresentation de courants aléatoires.
Le but de ce projet est de rajouter des données non-perturbatives, obtenues par des méthodes de Monte Carlo ; plus particulièrement, une version de l’algorithme de Prokof’ev-Svistunov (2001) pour le modèle d’Ising est utilisée avec la répresentation efficace d’Aizenman. Ici, on élimine le mode constant du modèle d’Ising, en passant par des conditions de bord antipériodiques.
Finalement, on cherche à faire le lien entre ces données de Monte Carlo et le développement perturbatif, pour mieux comprendre comment ce dernier converge et dans quelle mesure l’argument de trivialité est fiable.

Illien, P. : Les cellules de Hele-Shaw, dans lesquelles les fluides étudiés sont confinés entre deux plaques de verre faiblement espacées, permettent de modéliser des écoulements en milieu poreux. Dans une telle cellule, quand un fluide déplace un autre fluide plus visqueux (dans notre cas, de l’air injecté à débit constant dans de l’huile de silicone 100 fois plus visqueuse), l’interface entre les fluides est instable. Le fluide moins visqueux déplace ainsi l’autre fluide en formant des "doigts" dont la taille croit progressivement. Si la paroi supérieure de la cellule est remplacée par une membrane élastique, l’instabilité disparait, et des débits d’air 1000 fois plus importants sont nécessaires pour déstabiliser l’interface à nouveau.
L’objectif du projet est d’étudier le mécanisme de l’instabilité, et de comprendre comment le fluide interagit avec la membrane élastique. Je travaille sur une cellule en géométrie radiale. Le travail est principalement expérimental : en filmant l’évolution du système et en analysant les images avec Matlab, il est possible de quantifier la perturbation de l’interface air-huile, et ainsi de déterminer le seuil de l’instabilité en faisant varier le débit d’air en entrée de cellule. J’étudie l’influence de l’épaisseur de la membrane élastique, de l’épaisseur de la cellule et du rapport entre les deux viscosités sur le seuil d’instabilité. Je cherche par ailleurs à caractériser la déformation de la membrane élastique. Enfin, des travaux théoriques et des modélisations numériques du problème sont envisagées.

<a name="jarry">Jarry, H. : Les pénitents de glace sont des structures visible en haute montagne sous des conditions particulières : grand ensoleillement, air froid et sec. Elles doivent leur nom a leur forme : de grands champs de pics de glace régulièrement espacés, de hauteur variable (de la dizaine de cm jusqu’à 3m). Elles ont longtemps intéressées les glaciologues puis les physiciens, qui se sont penchés sur les mécanismes conduisant à leur formation. Plusieurs écoles s’affrontent, mettant en valeur le rôle de différents facteurs (vent, température, humidité, propreté). J’essaie durant mon stage de recréer des pénitents en laboratoire et d’étudier leurs propriétés, notamment sur la sélection de la longueur caractéristique entre les pics.

Jauslin, I. : Le graphène (monocouche de graphite) est un matériau qui a des propriétés mécaniques, électroniques et optiques très intéressantes : il est déformable tout en étant rigide, conduit très bien le courant, et est transparent.
Une question se pose : comment le modéliser ? Une possibilité est le modèle de Hubbard sur un réseau, qui procure un Hamiltonien composé de deux termes : un premier dit de "hopping", qui rend compte des "déplacements" des électrons d’un site du réseau à un autre, et le second, dit "d’interaction" prenant en compte les intéractions entre les électrons. On appellera U le coefficient numérique devant le terme d’interaction du modèle.
La partie de hopping seule est facilement soluble (on peut assez aisément calculer les fonctions de corrélation qui nous intéressent), mais le Hamiltonien entier est difficile à manipuler. A. Giuliani, en collaboration avec V. Mastropietro, a démontré que l’énergie libre du Hamiltonien total est une fonction analytique en U, sur un certain disque de rayon U_0>0. Cela signifie que le modèle avec interaction et le modèle sans interaction sont dans la même classe d’universalité tant que U<U_0. Dans ce cas, les propriétés thermodynamiques du modèle avec interaction sont qualitativement du même type que celles sans interaction.
Pour arriver à ce résultat, on utilise des méthodes de renormalisation. Mon travail a été d’appliquer ces méthodes au graphène bicouche (constitué de deux couches de graphène superposées), et de voir si cette stratégie fonctionne dans ce cas.

Lemaire, C. : The goal of this internship project is to experimentally measure the Instrument Lineshape (ILS) of an existing Fourier Transform Spectrometer (FTS) system using one or more mid-infrared lasers illuminating an integrating sphere. This FTS system has been designed to emulate the essential characteristics of a space-based climate monitoring sensor under consideration as part of the NASA CLARREO program. The ILS measurement, according to the theory of FTS instruments, is well-determined by a small number of physical parameters that control the optical performance of system in question. The details of the system optical performance constitute a strict test on a significant class of systematic measurement errors that are relevant for long-term climate monitoring. The measurement of the ILS is therefore directly linked to the scientific objectives associated with long-term climate monitoring, including quantitatively assessing observable changes in the climate system on 10-50 year timescales and testing climate models based on these changes.

Leseur, O : L’objectif de ce stage est la mise au point d’un dispositif expérimental permettant de provoquer et de mesurer le renversement de l’aimantation d’un matériau magnétique. Les échantillons sont des vannes de spin, constitués d’une couche dure (dont l’aimantation ne se renverse pas) et d’une couche douce (dont l’aimantation doit se renverser), les deux étant séparés par du cuivre. Ce dispositif doit permettre de mesurer la probabilité de renversement de l’aimantation en fonction de l’amplitude et de la durée de l’impulsion. Ce travail expérimental est aussi complété par
des simulations numériques. 

Lolli, J. : One of the directions pursued in science and technology for resolution of today’s energetic problem is modernization and optimization of our current power grid. These studies, mainly by engineers but more recently also by physicist, relate to the so-called “Smart Grid”. Generally the goal is to provide solutions and ideas to improve the distribution grid efficiency to optimize the energy utilization. My project with Lenka Zdeborova focuses on the problem of power black-outs. Our goal is to advance in their theoretical understanding in order to avoid them or at least to minimize the damages.
A common approach is to model black-outs with a cascade process on power grids (existing or artificially generated). A “load” is defined on the elements of the grid, a node or a link, and the cascade is initiated by a failure of one of these elements. The broken-element load is redistributed to the others elements, this redistribution may overload some of the others elements that consequently break etc. The different studies can be divided into two groups, realistic and over-simplified. Whereas behavior of some of the over-simplified models can be understood in detail, detailed studies of the relation between simple models and the real power-grid black-outs is largely missing. The aim of our project is to fill this gap.
First of all, we defined a model for cascades that is as simple as possible but still contains ingredients that are judged necessary by power engineers, in particular the load redistribution follows the Kirchhoff’s power flow equations, the distribution of production and consumption and the network geometry are chosen with respect to the true ones. We study this model numerically to understand its behavior and its properties. The final step is to find a good simplified (maybe even solvable) model that shares the same universal properties as the realistic one.
A large part of the work is numerical (programming in C language), several basic algorithms on graphs are used, and we use statistical mechanics tools to analyze the results of the simulations. The theory behind this kind of studies is related to the basic concepts of graph theory and statistical mechanics of the critical phenomena. Basic concepts related to the functioning of the real power grid are also needed. Since studies of the realistic power grid black-outs with statistical physics methods is not yet a well established topic, the project also includes formulation of the basic questions and design of the corresponding models.

Merminod,S. : le Courant Circumpolaire Antarctique (CCA) présente le plus haut débit au monde et joue un rôle clé dans la circulation océanique globale. Plusieurs phénomènes coexistent à l’échelle mésoscopique au sein du CCA, le prédominant étant l’instabilité baroclinique. Celle-ci mène à la formation de larges vortex qui paraissent jouer un rôle majeur dans la circulation en modérant la réponse du CCA aux changements de forçages mécanique (transport et pompage d’Eckman), et de flottabilité.
L’objectif de ce stage expérimental est d’étudier l’influence de ces forçages sur le courant grâce à une expérience sur table rotative : un anneau d’eau représente le CCA, les parois extérieure et intérieure permettent d’induire un gradient radial de température, et la tension de vent est modélisée à l’aide d’un couvercle rotatif en acrylique. Les deux types de forçages sont contrôlés de manières complètement indépendantes. Les nombres sans dimension adaptés sont les nombres de Rossby, de Burger et de Taylor. Les données sont collectées sous deux formes : enregistrements vidéos des trajectoires de traceurs menant au champ de vitesse (Particle Tracking Velocimetry), et profil vertical de température via six thermistors (par l’intermédiaire de ponts convertissant résistance en tension). J’ai passé beaucoup de temps dans les fastidieuses procédures de calibration des thermistors et des ponts, et mon travail consiste maintenant à faire tourner et à analyser des expériences en jouant avec les différents paramètres.

Michel, G. :Les théorèmes de fluctuations (TFs) sont des résultats de physique statistique sur les systèmes hors équilibre. Ils quantifient la
probabilité d’observer une diminution d’entropie et permettent expérimentalement de mesurer des forces dans des systèmes microscopiques.
Durant mon stage, j’ai abordé de manières théorique et numérique les points suivants :

 Les forces stochastiques : dans des expériences récentes, les TFs semblent avoir été mis en défaut lorsque le système étudié est soumis à une force aléatoire et cela a été relié à l’une des hypothèses nécessaire à leurs démonstrations, à savoir la réversibilité des équations du mouvement. Qu’en est-il vraiment ?

 Les relations locales : les TFs perdent tout leur intérêt quand la production d’entropie est grande devant kT, comme par exemple dans les systèmes macroscopiques. Il est alors tentant de chercher à les appliquer uniquement à un sous-système de taille réduite..

Moreau-Luchaire, C. : 
 - theoretical part : understanding how work an air surface Dielectric Barrier Discharge (DBD) and how to get the density of ozone by the measurement of the absorption of UVC
throught the plasma created
 - computational part : try to modelise the plasma and to figure out the evolution of the ozone density through time and space
 - experimental part : designing a confinment tube for the plasma and measuring the absorption of UVC through an air surface DBD with a circular electrode and a square one.

Paga, P. : La cellule de Hadley est une zone climatologique engendrée par la circulation thermique de l’air : celui-ci est chauffé à l’équateur, monte jusqu’à la tropopause, puis s’oriente vers les pôles. Au niveau des tropiques, l’air refroidit et redescend, puis est redirigé vers l’équateur par les alizés. Depuis quelques années, il est reconnu que l’étendue de cette zone est bien corrélée (dans l’hémisphère sud), avec la latitude du courant-jet (zone de forts vents à haute altitude, généré par instabilité barocline, qui contrôle une grande partie des phénomènes météorologiques à nos latitudes). En particulier, une étude effectuée par Polvani & Kang (2011) a montré que le phénomène est robuste, et que de plus le rapport des variations est similaire dans tous les modèles. La présente étude vise à étudier en détail ce lien dans le cadre d’un modèle numérique simplifié. Il s’agit d’effectuer des simulations numériques du climat en faisant varier différents paramètres (en pratique, j’ai surtout exploré le contraste équateur-pôle du rayonnement solaire reçu jusqu’à maintenant, dans des simulations de type hiver/été perpétuels) de façon à explorer la robustesse et la structure de la corrélation, et d’en proposer une explication. Le travail est autant numérique (analyse de données sous matlab) que théorique (modélisation), voire même parfois bibliographique. J’ai une très grande liberté dans l’ensemble de la démarche.

Raoux, A. : Depuis sa découverte expérimentale par Geim [1], le graphène est devenu un sujet majeur de la matière condensée actuelle. Semi-conducteur de gap nul, sa géométrie hexagonale en "nid d’abeille" particulière lui donne des propriétés étonnantes. En pratique, le graphène est toujours "posé" sur un support, par exemple du Bore-Azote hexagonal (h-BN) qui possède cette même géométrie de nid d’abeille mais avec des hexagones légèrement plus grands (1,2% plus grands), et de plus expérimentalement les deux réseaux ne peuvent jamais être parfaitement orientés de la même façon. Je me suis intéressé aux propriétés électroniques des électrons dans une feuille de graphène présentant un petit angle par rapport à la feuille de BN, en particulier la présence ou non d’un gap entre la bande de valence et la bande de conduction ; gap prédit théoriquement pour un angle nul entre les deux réseaux, mais non observé expérimentalement. La superposition de deux réseaux de différentes périodicités est à l’origine des phénomènes de moiré (cf. par exemple [2]).
[1] Novoselov, Geim et al., Electric Field Effect in Atomically Thin Carbon Films, Science 306, 666 (2004)
[2] Amidror, The Theory of the Moiré Phenomenon, Kluwer Academic Publishers (2000)

Retaux, M. : On se base sur l’acquisition de données par la methode de Lagrangian Particle Tracking pour construire numériquement des fonctions propres a la théorie de Kolmogorov de la turbulence. Concrètement, ces données sont des trajectoires de marqueurs passifs injectés dans un écoulement turbulent créé par deux hélices en contre-rotation. Les mesures sont faites par trois cameras ultra-rapides synchronisées. La construction des fonctions de structure pour différents ordres nous permet de répondre aux hypothèses d’isotropies faites pour établir l’un des résultats fondamentaux de la turbulence : la loi 4/5 de Kolmogorov.

Ronceray,P. : Mon travail consiste en une première étude numérique et théorique d’un nouveau modèle de physique statistique, conçu pour simuler des phénomènes de cristallisation. Le système étudié est un réseau triangulaire 2D de spins d’Ising. On choisit arbitrairement une structure locale favorisée (FLS), qui correspond à l’état de spin des six plus proches voisins d’un site. Chaque site se voit attribuer une énergie de -1 s’il a cet environnement local, et de 0 sinon. Le système évolue selon une dynamique de Monte-Carlo, à température fixée.
La physique de ce modèle se révèle extrêmement riche. Les huit structures locales distinctes possibles (aux symétries près) présentent une grande variété de comportements, ayant en commun l’existence d’un état fondamental cristallin et une transition de phase du premier ordre séparant cet état de l’état « liquide ». La géométrie de la FLS se révèle de grande importance dans le comportement du liquide et la structure du cristal, ainsi que sur l’aspect dynamique du système. Enfin, une structure particulière présente un comportement singulier, ne semble jamais cristalliser mais rester dans un état vitreux, qu’une transition de phase du premier ordre sépare pourtant de l’état liquide. Cela pourrait ouvrir des perspectives vers de nouveaux modèles de verres.

Sartori, T. : Le domaine des exoplanètes est un champ d’étude récent et en pleine évolution. Mon stage a pour but de les détecter, et ceci par 2 moyens. Le premier est la méthode spectrale et effet Doppler. Pour ce faire, j’ai fait les acquisitions des données lors des séances d’observations au Lick Observatory (California), le traitement et les calibrations des données pour ensuite modéliser le spectre obtenu et en déduire notamment la vitesse radiale des étoiles de type F. La seconde méthode consistait a la modélisation des courbes de luminosité d’étoiles provenant du projet grand public Planet Hunter (planethunter.org) afin de déterminer l’existence ou non de planètes (les données initiales venant du satellite Kepler) et le cas échéant connaitre certaines caractéristiques. Une autre partie de mon travail consiste à modéliser l’intérieur dynamique des exoplanètes, et plus précisément des Jupiter Chaudes.

Scaffidi, T. : One of the most problematic instabilities in tokamak plasmas are tearing modes. The linear stability of these localized resistive MHD instabilities were studied with both analytical and numerical tools. The analytical solution consists of a boundary layer analysis (asymptotic matching) by taking advantage of the small radial width of the region where the perturbations vary significantly. Indeed ideal MHD can be used everywhere except in that narrow region where the full resistive problem must be solved. The numerical solution was performed thanks to a high order finite elements code called M3DC1. The analytical solution was used as a benchmark for this relatively recent but promising code developed at PPPL.

Schaan, E. : Le profil de rotation du Soleil sur lui-même n’est pas celui d’un solide, en particulier dans la zone convective, où la vitesse angulaire varie avec la latitude et la profondeur. Ce profil de vitesse est connu grâce à l’héliosismologie (la donnée des différentes fréquences des modes d’oscillations en surface permet en effet de remonter au profil de rotation à l’intérieur), qui nécessite des traitements lourds et ne permet cependant pas d’en comprendre les causes. Un argument très simple, proposé par Steven Balbus, permet de justifier ce profil, mais cet argument nécessite une hypothèse, que mon projet à consisté à tester : les surfaces de iso- vitesse angulaire et iso- entropie doivent être superposées. Ce projet a comporté une phase analytique consistant à étudier l’évolution linéarisée de perturbations locales non-axisymétriques, sous la forme d’ondes de type WKB, en transformant les EDP de la magnétohydrodynamique en EDO par une sorte de méthode des caractéristiques. Ces EDO étant à coefficients non-constants, il s’est ensuite agi de les simuler (partie la plus importante de mon projet) et d’observer si les flux de chaleurs s’alignent ou non sur les surfaces d’iso-vitesse angulaire.
 J’entame en ce moment un second projet visant à établir les conditions d’apparition de la turbulence dans un disque d’accrétion à proximité d’un trou noir, dans le cas où l’écoulement est à la fois instable vis-à-vis du critère de Rayleigh (décroissance du moment cinétique avec le rayon) et de l’instabilité magnétorotationelle. Il s’agit ici d’une étude purement numérique.

Sevelev, M : Parmi toutes les transitions de phase celles de 2ème ordre sont les plus intéressantes et riches à cause des plusieurs anomalies observées dites les phénomènes critiques, caractérisés par leurs indices critiques. Au point critique, on y observe les fluctuations très grandes avec la longueur de corrélation infinie. A ce point le système est fortement non-linéaire.
Les phénomènes critiques sont bien décrits par la TQC, et même la TCC (conforme), les conditions supplémentaires de la symétrie étant exigées. En deux dimensions cette TCC a la richesse exceptionnelle, que les dimensions supérieures ne possèdent pas, en particulier elle donne lieu à une algèbre spécifique de dimension infinie (algèbre de Virasoro). Le paramètre de ce groupe – la charge centrale – ce varie d’une façon définie le long du groupe de renormalisation selon la théorème de Zamolodchikov .
Parmi les autres méthodes généralement utilisées pour étudier les phénomènes critiques, on rappelle le groupe de renormalisation de Wilson et la théorie de perturbations de TQC.
Pour modéliser ces problèmes de théorie de champs, on utilise naturellement les modèles des champs – sur le réseau, parmi lesquelles le modèle d’Ising 2d joue un rôle central. Il est équivalent à un réseau percolé et à un gaz sur le réseau, il peut être modifié pour obtenir les modèles plus compliqués (Ashkin-Teller etc) et il est facile a simuler avec des méthodes générales de Monte-Carlo avec les modifications spécifiques pour le modèle d’Ising. D’autre côté, on doit tenir compte des effets de la taille finie sur les corrélations étudiées.
Se pose aussi la question des dimensions fractales des bords des clusters dans le modèle d’Ising.
Donc, le but de ce stage est de bien comprendre comment ces phénomènes critiques se manifestent, se forment et lesquelles métamorphoses ils subissent, le stage donc étant plutôt théorique, mais sans déficit des simulations.

Thevenet, A. : In the field of condensed matter, the system is composed of a lot of sites that can have different states, and which all interact with each-other. Therefore, most of the equations given by the models used to describe those systems are hard or impossible to solve analytically, and the use of numerical computation is necessary to compare the models to the experimentations. Amongst other methods used to approximate those equations, dynamical mean-field theory (DMFT) is a numerical method which consist of transforming the initial many-body strong interaction problem into a perturbation problem, which consist of only one site interacting with the mean field produced by all other sites, and then trying to compute its green function using self-consistency assumptions. This green function can then be used as a good approximation of the green function of each site of the initial problem, and therefore allow us to deduce many property of the material, such as its density of state (and thus its conductivity) and the way to which it reacts to perturbations.

Tondelier,P. : Avant qu’une plante ne se développe, elle n’est qu’un paquet de cellules indifférenciées, le méristème. Certaines cellules se différencient alors pour former des vaisseaux ou circuleront les nutriments. Les expériences tendent à montrer que l’auxine est l’hormone responsable de ce changement de structure de la cellule. Le but de ce stage est d’étudier un modèle d’auxine. En partant d’un modèle simple (1D, auxine conservée, diffusion, transport par des molécules "transporteuses") on construit peut à peu un modèle plus précis (création/destruction d’auxine, division cellulaire au cours du processus et donc variation de la taille du système, etc...) qui tente de rendre compte des structures observées chez Arabidopsis.

Tong, Z. : Double-resonant photoexcitation of Nitric Oxide in a molecular beam creates a dense ensemble of 50f(2) Rydberg states, whichi evolves to form a plasma of free electrons trapped in the potential well of an NO+ space charge. In our group, we make the theoretical derivation of properties of Rydberg stages plasmas and do the experimental works using the contraversary laser to create the Rydberg stage plasma and analyse it.
Typically our plasma expands at a rate that fits with an electron temperature as low as 5K, colder than typically ovserved for atomic ultracold plasmas. The recombination of molecular NO+ caions with electrons forms neutral molecules excited by more than twice the energy of the NO chemical bond. I calculate the rate of Rydberg predissociation and electron-cation dissociative recombination to the atomic formalism, And establish model to calculate distribution and time evolution of Rydberg state NO and free electron. I also do cowork experiment in the lab to check the model.

Van Brackel, E. : Ce stage est majoritairement expérimental, dans le domaine de l’optique et des mesures de haute précision, et se décompose en deux parties :
Partie I : Développement d’un laser à cavité externe et son utilisation dans la caractérisation, entre autres par un peigne optique de fréquence, d’une cavité optique servant de référence de fréquence très précise, utilisée dans une expérience de détection de molécule unique.
Partie II : Expérience d’optomécanique basée sur l’utilisation de microtoroïdes de silice, servant de cavités optiques de très grande finesse, et le couplage du champ électro-magnétique évanescent créé par ces toroïdes avec des nano-résonateurs mécaniques de diverses sortes. Observation du couplage, apprentissage de techniques spécifiques liées à l’utilisation de ces cavités.

Xu, B. : Orbital degrees of freedom shape many of the properties of a wide class of Mott insulating, transition metal oxides with partially filled 3d shells as well as ultracold atoms in an optical lattice forming p-band Mott insulating states. We study the emergence of orbital ordering for these systems by analyzing the ground-state and thermodynamic properties of the so-called 120 degree model, which captures the quantum mechanical interactions of the elementary orbital degrees of freedom. Using a combination of analytical and numerical techniques we demonstrate that when considering an extended parameter space the 120 degree model is in proximity to several T=0 phase transitions and various competing ordered phases. We characterize the orbital order of these nearby phases and their associated thermal phase transitions by extensive numerical simulations and perturbative arguments.

Xu, T. : Mon stage est à la fois expérimental et numérique. Il s’agit de modéliser la formation d’une colonie de levures sur un substrat solide.
Le stage est constitué de deux parties :
Partie expérimentale :
1.inoculation de levures dans des milieux différents, liquide et solide
2.mesure de la taille de la colonie de levures dans des milieux différents, liquide et solide
3.Analyse d’images de la colonie. Pour une colonie constituée d’un mélange de deux souches, les levures sont marquées par une protéine fluorescente.
Partie numérique :
Il s’agit de modéliser la formation de la structure géométrique de la colonie par le métabolisme élémentaire d’une cellule : absorption de nutriment, multiplication, contrainte mécanique entre cellules... et également interaction entre la colonie et son environnement (expansion de la colonie et diffusion de nutriment).
Le but ultime est d’étudier la formation d’une colonie constituée d’un mélange de deux souches de levures.

Yan, F. : Mon stage est consacré à la caractérisation et la manipulation des lasers à cascade quantique qui émettent dans le moyen infra-rouge. On mesure la perte et le gain de la cavité d’un laser Fabry-Pérot par injection d’un laser DFB de même longueur d’onde. On obtient ainsi l’évolution du gain en fonction du courant, qui nous donne des informations essentielles du laser. On essaye aussi de réaliser une injection-locking de deux lasers, et une génération de non-linéarité dans la cavité. Dans le laboratoire, j’ai eu l’occasion de me familiser avec des procédures pour fabriquer un dispositif micro-électronique (lithographie, dépot d’or, micro-soudure, etc). L’aspect théorique de ce stage est principalement dans la lecture des articles, par contre on pourra toujours faire des calculs, par exemple sur la forme de l’embase pour mieux dissiper de la chaleur, ou sur la dimension de la cavité pour s’adapter à la longueur d’onde d’émission.