De nos jours, la théorie de la fonctionnelle de la densité est couramment utilisée pour interpréter les résultats expérimentaux et pour prédire de nouveaux matériaux sur l'optimisation d'une propriété physique donnée. Dans cet exposé, je présenterai les récentes avancées dans le développement des fonctions de réponses linéaires et nonlinéaires pour modéliser la dynamique vibrationnelle et le transport électronique des matériaux ferroélectriques, multiferroïques et des nanotubes de carbone. En particulier, je montrerai une étude originale de la dynamique vibrationnelle des nanorubans de graphène à l'aide du champs de force REBOII qui est particulièrement prometteur dans le cas des nanostructures carbonées présentant une hybridation sp2.
Je présenterai un modèle original couplant la théorie de la fonctionnelle de la densité et les équations de Landauer pour étudier le transport électronique des nanotubes de carbone dopés par des nanodomaines BN. Je montrerai l'apport des calculs STM pour comprendre les orbitales moléculaires des nanotubes de carbone.
Pour finir cet exposé j'aborderai le cas des matériaux inorganiques. Dans ce cadre, je présenterai le challenge des matériaux multiferroiques et je raconterai l'histoire de notre découverte de la ferroélectricité impropre dans les super-réseaux ferroélectriques ainsi que ses enjeux économiques et scientifiques. Tous mes calculs seront confrontés aux résultats expérimentaux.

Biological complexity can inspire models aim to understand the
phenomenology of non-equilibrium systems of interacting particles. In this seminar I will present two recent models of non-equilibrium lattice gases applied to complex processes occurring in biological cells: the intracellular transport along the cytoskeleton and the ribosome dynamics over messanger RNA for protein synthesis. In the first example I will emphasize the transport dependence on the connectivity of the network, while in the second I will show that the presence of internal states in these molecular machines can affect or not their collective dynamics.

Les écoulements granulaires font l'objet d'une intense activée de recherche, du fait des nombreuses applications et de leur lien avec d'autres systèmes désordonnés "athermiques" comme les mousses ou les émulsions.
Une question majeure est celle de la rhéologie : dans quelle mesure peut-on décrire ces milieux composés de particules macroscopiques par des lois constitutives dans une approche milieu continu ?
Dans ce séminaire, nous discuterons deux expériences permettant de sonder la rhéologie des écoulements granulaires denses et mettant en jeu le mouvement d'un objet plongé dans les grains.
Nous étudions tout d'abord les forces qui s'exercent sur un cylindre macroscopique se déplaçant dans un milieu granulaire statique et montrons l'existence d'une force de portance sans équivalent dans les fluides classiques.
Dans une deuxième partie, nous sondons à l'aide d'un mince barreau la rhéologie d'un milieu granulaire au voisinage d'une bande de cisaillement et mettons en évidence l'existence de phénomènes "non-locaux".

Travail réalisé avec François Guillard, O. Pouliquen et Anki Reddy.

Diffusiophoresis is an interfacially driven transport phenomenon, leading to the movement of macro-molecules under solute gradients. Physically this phenomenon results from osmotic driving forces located within a nanometric diffuse interface at the boundary of the particles.
It is an efficient but quite unexplored mean to drive and manipulate
particles. In this talk, I will present three different experiments
exploring the potentialities offered by this phenomenon. First, using a
generic microfluidic setup, we assess the displacement of silica
particles under a controlled salt gradient. Then we demonstrate that
spatial patterning of the particles can be achieved from temporal
oscillations of the solute concentration profile. Finally, we use this
energy transduction mechanism to device self-propelled particles, which
opens the possibility to explore the individual and collective motion of
driven particles in an intrinsically out-of-equilibrium situation.

We present a mechanical model to describe the growth of healthy and cancerous tissues.

We first show that because of the coupling between cell division and the local stress, a tissue can be considered as a visco-elastic liquid with a relaxation time smaller than the cell division time. We propose a two fluid-model taking into account the interstitial fluid between the cells.
We then discuss various instabilities of epithelial tissues that can be of physicological relevance :
-villis are the protrusions of the surface of the intestine or the colon. We describe the formation of villis as a buckling instability of a polar cell monolayer. The polarity of the layer does not seem to play a role in the intestine where the villis are arranged in a square array but it is important in the colon where they are organized in a hexagonal array.
-tubular tissue structures such as arteries or the renal excretory canals show various instabilities also related to buckling
-thick epithelia have a fingering instability of their basement membrane

Random walks with interactions, in particular self-avoiding walks, are ubiquitous. They occur for example in probability theory and statistical physics where they furnish, just like ferromagnetic systems, an important example of the theory of critical phenomena. It can be shown that the Green's function of a large class of weakly self-avoiding (self-repelling) walks in a regular lattice, including those with long range jumps (Levy walks), can be expressed as a two point correlation function in a special kind of supersymmetric field theory. This opens the possibility of applying field theoretic methods, in particular those of the renormalization group, in the study of the scaling limit of such walks. In the case of weakly self-repelling walks with long range jumps a new parameter $\epsilon$ appears such that for $\epsilon$ > 0 one is below the critical dimension of the model but remaining in fixed spatial dimension. In this case, unlike that of Wilson and Fisher for ferromagnetic systems, the $\epsilon$ expansion with remainder can be mathematically controlled in the scaling limit with help of recently developed rigorous renormalization group methods. There is an underlying non-Gaussian fixed point. The exponent $\eta$ vanishes, whereas the exponent $\nu$, and thus the Haussdorf dimension of such walks, develops an anomaly. In this talk I will review this subject including recent results.

Dans cet exposé je présenterai les idées essentielles qui ont conduit à introduire la notion d'antenne en optique. Je présenterai les caractéristiques de ces objets, baptisées nanoantennes, ainsi que plusieurs réalisations récentes. Je détaillerai enfin le fonctionnement de deux types d'antenne : l'antenne patch plasmonique et une sphère diélectrique en tant
qu'antenne plasmonique.

Les mousses liquides sont constituées de bulles de gaz entourées par de l'eau. Elles sont un modèle pour comprendre les matériaux complexes cellulaires (constitués de cellules pavant l'espace), qui se comportent à la fois comme des solides et comme des liquides. Tout d'abord, si elle subit une petite déformation, une mousse peut revenir à sa forme initiale (comportement élastique). Ensuite, après une grande déformation, elle peut être sculptée (comportement plastique). Enfin, à grand taux de déformation, elle s'écoule comme un liquide (comportement visqueux). Nous avons pu comprendre ce triple comportement, grâce à une expérience dans un canal où la mousse s'écoule autour d'un obstacle. Nous avons construit des outils pour relier une description discrète, avec tous les détails des bulles, à une description continue, qui contient l'information utile au niveau global. Cela a permis de proposer une théorie pour prédire sans paramètre ajustable l'écoulement de la mousse et de réaliser avec succès des tests de comparaison avec l'expérience. La richesse du comportement de la mousse est engendrée par la combinaison de ses propriétés visqueuses, élastiques et plastiques, plutôt que par le détail de sa structure discrète ; notre approche continue peut donc s'appliquer à d'autres matériaux. Alors qu'une cellule biologique n'a presque aucun point commun avec une bulle, un agrégat de cellules peut être décrit avec des outils analogues à ceux construits pour les mousses. Nous appliquons cette approche au développement de tissus vivants dans la mouche du fruit (drosophile). Nous filmons le tissu pendant la métamorphose de la larve à l'adulte, tout en résolvant les détails des contours cellulaires. Nous avons développé des outils pour analyser les formes, mouvements et forces à l'échelle tant de la cellule que du tissu; et aussi la génétique et de la distribution intracellulaire de protéines jouant un rôle dans la mécanique des cellules. Cela permet d'étudier comment les changements individuels des cellules (déplacements, déformations, divisions) déterminent les écoulements qui permettent au tissu d'atteindre sa forme adulte.

In many interesting situations, the interactions among self-propelled agents lead to the spontaneous emergence of self-organized collective motion. The ubiquity of the phenomenon at all scales raises the question of the existence of some underlying universal mechanisms. Recent numerical and analytical studies have confirmed the existence of a transition from a disordered state at large noise to a state with various collective properties reflecting the local symmetry of the particles and their interactions. Though, there are still very few experimental situations where the onset of collective motion can be attributed to spontaneous symmetry breaking. Here, we report on experiments conducted with both polar self propelled and a-polar Brownian disks and by comparing the dynamics of both systems in the same experimental conditions, we demonstrate without ambiguity that collective motion emerges from the interplay of self-propulsion and hard-core repulsion only [1]. Interestingly the alignment, which has no nematic origin, is effectively induced during the collisions because of the self propulsion.