Thèse Ondes Paramétriques et Matière Ondulatoire Auto-Organisation Calcul Analogique et Ondes en Milieux Désordonnés dans les Fluides Vibrés H/F

Doctorat.Gouv.Fr

L'objectif de cette thèse est d'explorer différentes formes d'organisation collective dans des systèmes d'ondes hydrodynamiques paramétriquement excitées, en particulier dans le régime dissipatif de l'instabilité de Faraday. Dans ce régime, l'interface fluide peut former des structures localisées appelées oscillons, qui se comportent comme des entités discrètes interagissant entre elles.

Le projet vise à comprendre comment ces oscillons peuvent s'organiser collectivement pour former des structures complexes et robustes. Plusieurs directions seront explorées : (i) l'émergence de motifs auto-organisés analogues à ceux observés dans la phyllotaxie, (ii) la réalisation de réseaux d'oscillateurs couplés pouvant implémenter des modèles de type Ising, ouvrant la voie à des dispositifs de calcul analogique hydrodynamique, et (iii) la propagation et l'amplification d'ondes dans des milieux désordonnés actifs, en analogie avec les lasers aléatoires.

Cette approche expérimentale s'appuiera sur des dispositifs de vibration contrôlée permettant de moduler finement les propriétés du milieu, ainsi que sur des outils d'imagerie et d'analyse spatio-temporelle. Le projet se situe à l'interface entre physique des ondes, systèmes non linéaires et matière active, avec des perspectives en calcul analogique et en physique des systèmes complexes.

Parametrically driven systems provide a powerful framework to study nonlinear wave dynamics and pattern formation. The Faraday instability is a paradigmatic example, where vertical vibration of a fluid leads to the emergence of surface waves at half the driving frequency. In dissipative regimes, these waves can localize into oscillons, which behave as interacting quasi-particles.

Recent studies have shown that collections of such localized structures can exhibit rich collective behaviors, including crystallization, clustering, and complex spatial organization. These systems offer a unique experimental platform to investigate analogies with condensed matter, active matter, and statistical physics models.

In particular, networks of interacting oscillators have attracted strong interest for their ability to implement optimization problems through physical dynamics, as in Ising machines. Hydrodynamic systems could provide a novel and highly visual platform for such approaches. Additionally, disordered active wave media may exhibit amplification and transport phenomena reminiscent of random lasers, raising fundamental questions about wave propagation in nonlinear and driven environments.

Expériences de Faraday avec contrôle fin de l'excitation (fréquence, amplitude, modulation)
Génération contrôlée d'oscillons
Imagerie rapide + analyse spatio-temporelle
Reconstruction des interactions entre oscillons
Comparaison avec modèles (Ising, systèmes couplés, milieux actifs)