MàJ . 17/10/2013
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Les journées DYCOEC
5-6 Février 2008 Auto-organisation et spatio-temporel (Nice)

Institut Non Linéaire de Nice

Mardi 5 et Mercredi 6 Février 2008

Troisième rencontre du GdR 2984 DYCOEC sur les thèmes de l’Auto-organisation et transport en physico-chimie et biologie et du Chaos spatio-temporel organisée par Stefania Residori, Massimo Giudici & Gian-Luca Lippi (INLN) et Jacques Boissonade (CRPP).

Mardi 5 Février

- 9h15 ouverture des journées

- 9h20 Entre comportement individuel et comportement collectif : le rôle clé de l’auto-organisation par Christian Jost de l’Université Paul Sabatier (Toulouse)

  • Les colonies d’insectes sociaux se trouvent souvent face à des problèmes au niveau collectif qu’un individu seul ne peut pas résoudre, mais que la colonie arrive néanmoins à surmonter (par exemple des choix collectifs entre sites de fourragement ou de nidification de qualité différente, coordination de la construction d’un nid avec des fonctionnalités adaptatives, ...). Ces solutions émergent à partir des interactions non-linéaires entre les individus et entre individus et environnement, sans aucune coordination globale. L’auto-organisation est un concept clé pour expliquer ces phénomènes. Dans le cas des insectes sociaux, les études sont particulièrement facilitées par le fait que les deux niveau d’organisation, individu et collectif, sont accessibles à l’observation directe et à la quantification, permettant d’établir le lien quantitatif entre comportement individuel et performance collectif. Dans cet exposé, je prendrai l’exemple des phénomènes d’agrégation pour illustrer cette approche, en particulier pour montrer le rôle de l’auto-organisation et l’interaction avec des gabarits dans l’environnement qui eux-mêmes peuvent émerger à partir de l’activité des animaux.
PDF - 31.7 Mo
Christian Jost

- 9h50 Auto-organisation et électrodiffusion dans l’algue Fucus par Marc Léonetti (IRPHE, Marseille)

  • La dynamique spatio-temporelle du potentiel électrique de membrane des cellules biologiques offre une grande richesse qui n’est pas sans rappeler celle des systèmes chimiques de réaction-diffusion : phénomènes propagatifs tels le potentiel d’action et les arythmies cardiaques ou bien encore les circulations ioniques transcellulaires stationnaires observées le long de nombreuses cellules végétales. Dans ce cas, les deux prototypes sont le zygote du Fucus, une algue brune marine et la cellule internodale de l’algue verte Chara corallina. La symétrie de la cellule est clairement brisée par l’apparition d’une modulation spatiale du potentiel de membrane et des concentrations ioniques le long de la membrane sur un temps caractéristique de diffusion. Dans cet exposé, après avoir présenté quelques résultats expérimentaux, les ingrédients nécessaires à la compréhension de tels phénomènes seront passés en revue. L’accent sera mis sur quelques phénomènes curieux.

- 10h20 pause café

- 10h50 Instabilités hydrodynamiques de fronts chimiques par Anne De Wit (Université Libre de Bruxelles)

  • Au travers d’un front chimique, des gradients de concentration ou de température peuvent donner lieu à des gradients de densité ou de tension superficielle susceptibles d’engendrer des mouvements convectifs. Ces mouvements hydrodynamiques en retour affectent la dynamique des fronts chimiques. Nous passerons en revue les différentes instabilités qui peuvent se produire dans ce cas en insistant sur la différence entre les dynamiques de systèmes hydrodynamiques non réactifs et celles des systèmes réaction-diffusion-convection.
PowerPoint - 3.1 Mo
Anne De Wit

- 11h20 Dynamique spatio-temporelle des processus mécanochimiques non-linéaires responsables de la contraction rythmique anisotrope du cardiomyocyte par Philippe Tracqui (TIMC-IMAG, Grenoble)

  • Pour analyser les couplages non-linéaires responsables de la contraction rythmique anisotrope du cardiomyocyte, nous avons développé un modèle continu hyper-élastique anisotrope de la cellule qui intègre différents rétrocontrôles mécano-chimiques. À partir de données expérimentales recueillies sur des cardiomyocytes isolés se contractant spontanément de manière périodique, nous proposons une description de l’activité mécanique de la cellule cardiaque basée sur une fonction d’énergie de déformation qui prend en compte la variation de longueur des sarcomères. L’étude analytique du modèle théorique et les simulations par éléments finis réalisées montrent que vagues calciques et contractions cellulaires associées peuvent évoluer de manière complexe, en accord avec les observations.
PowerPoint - 2.8 Mo
Philippe Tracqui

- 11h50 Performances auditives et bifurcation de Hopf : du couplage global au point critique hors équilibre par Thomas Risler (Institut Curie, Paris)

  • Notre organe auditif est capable de performances absolument remarquables à la fois en termes de seuil de détection, de gamme d’amplitude et de discrimination en fréquences. Pour permettre ces performances, les cellules mécano-sensorielles de l’oreille interne se placent activement au voisinage d’une instabilité dynamique de type bifurcation de Hopf, pourtant hautement bruitée. Ce comportement hautement non linéaire repose en partie sur les propriétés des canaux ioniques de transduction qui, au nombre de quelques dizaines par cellule, doivent être mécaniquement couples de manière globale pour assurer une sensibilité maximale. Nous montrons tout d’abord comment les techniques d’analyse spectrale ``multi-taper’’ nous permettent de quantifier le degré de corrélation des canaux ioniques de transduction pour des mouvements de l’ordre de quelques manomètres sur des cellules vivantes. Nous montrons ensuite comment ce comportement non linéaire bruite nous a amené à étudier la transition oscillante d’un grand nombre d’oscillateurs couples. En présence de fluctuations et à grande échelle, cette transition universelle correspond à un point critique hors équilibre dont nous caractérisons les propriétés à l’aide des techniques du groupe de renormalisation dynamique.
PowerPoint - 6.2 Mo
Thomas Risler

- 12h20 Déjeuner

- 14h00 Influence of Hebbian learning on the dynamics, topology and function of chaotic recurrent neural networks par Hugues Berry (INIRA, Orsay)

  • In biological neural networks, local learning rules (Hebbian rules) couple neuron dynamics to network topology (synaptic weights) in a bidirectional fashion. Application of such learning rules in random recurrent neural networks (RRNNs) reduces the chaotic dynamics of these models to simpler attractors. This behavior endows RRNNs with biologically-plausible associative memory properties but remains poorly understood. In particular, our recent simulation results observed that learning comes up with the emergence of a small-world structure in the adjacency network. Here, we analyze RRNNs using both dynamical systems theory and complex networks approaches, and trace the effects of Hebbian rules on the three networks of the system : the Jacobian matrix, the synaptic weight network and the adjacency network. While the information provided by classical statistical indicators of complex networks is limited, we show how the spectrum of these matrices explains the observed modifications of the network dynamics, topology and function.
PDF - 2.2 Mo
Hugues Berry

- 14h20 Bouncing droplets : some dynamical properties of wave emitters par Yves Couder (Matière et Systèmes Complexes, Paris)

  • A drop can be kept bouncing on the surface of the same fluid indefinitely if this bath oscillates vertically. This bouncing excites surface waves, usually of small amplitude. However, immediately below the Faraday instability threshold, the bouncing becomes sub-harmonic and emits a localized packet of Faraday waves. Correlatively the drop, bouncing on the wave, becomes spontaneously mobile on the interface. We called a walker such a propagative droplet and its associated wave. This association of a massive particle with the wave it emits has a non-local character, because the droplet interacts with waves it emitted in the past and which have been reflected by the boundaries. We will report the results of experiments on the diffraction and interference of these walkers. Through a single slit we observe that a single walker is deviated and that this deviation appears random. However, a diffraction pattern is recovered in the histograms of the deviations of many successive walkers. We have also used Young’s double slits and obtained interference phenomena in the cumulative histograms. We thus obtain, in a macroscopic system, a single particle interference and diffraction phenomenon. We will discuss in which limits it can be compared to the phenomenon observed at quantum scale.
PowerPoint - 16.8 Mo
Yves Couder

- 14h50 Etude des éffets d’un lattice optique sur un pattern hexagonal par Nicolas Marsal (Supélec de Metz)

  • Periodic photonic structures enable novel possibilities for manipulation of the fundamental aspects of wave propagation including enhancement of optical nonlinearity and control of light emission and radiation. The interplay between nonlinearity, optical gain, and bandgap effects gives rise to new physical phenomena on control of nonlinear dynamics and spatial pattern formation. This has inspired recent interest in dissipative discrete systems leading to the prediction of localised structures or bandgap manipulation of modulational instability. Despite the strong theoretical activities, experimental studies of such phenomena are lacking. In this work, we present what is to our knowledge the first experimental observation of band-gap manipulation of modulational instability in a periodic nonlinear dissipative system. We use a setup based on a photorefractive BaTiO3 crystal in a single feedback mirror configuration giving rise to hexagonal pattern formation. Additionally, we impose a square optical lattice to induce a two or one-dimensional photonic band-gap structure with variable parameters. We show that by varying the lattice strength and periodicity we can : induce patterns of square symmetry ; or suppress the modulational instability when the position of the lattice bandgap coincides with the instability gain. We also study how the threshold for modulational instability depends on the lattice strength and periodicity. We believe that similar manipulation of the nonlinear dynamics can also be potentially observed in lasers with large mode area and embedded photonic crystal structures.
PowerPoint - 5.3 Mo
Nicolas Marsal

- 15h10 Speckle and Phase Singularity Evolution for Diffusive and Localized Waves par Patrick Sebbah (LPMC, Université de Nice)

  • While the phase statistics within speckle pattern is generic, the statistics of the motion of phase singularities differs substantially for diffusive and localized waves reflecting the wave interaction with the underlying electromagnetic modes.
PowerPoint - 6.2 Mo
Patrick Sebbah

- 15h30 Pause café

- 16h00 Molecular micro-cavity lasers as model systems for chaotic wave optics par Joseph Zyss (Laboratoire de Photonique Quantique et Moléculaire, Cachan)

  • The generic “billiard problem” is being challenged by new possibilities triggered by experimental and technological advances in photonics. Indeed, confinement of light in resonators can be considered by analogy with a quantum particle in a well, with the fundamental distinction in the case of dielectric cavities as opposed to their more investigated metallised contour counterparts, that the electromagnetic field is now spreading out of the cavity by refraction, diffraction, evanescent tunnelling or a combination of these. Such photonic micro-cavity are test-beds of nonlinear dynamics which provide an external insight onto internal confinement properties as well as opening-up a wealth of new fascinating phenomena of fundamental as well as practical interest. After analyzing simpler properties of polygon shaped micro-lasers, we will proceed to show that even fully chaotic resonators such as stadium, cut disks or cardioïd present highly directional emission patterns as well as regular spectral features which can be accounted for at different levels of modelling. Our approach is based on a generic methodology that we have developed so as to infer the relevant modes within the cavity from the observation and Fourier analysis of the output spectra, allowing to assign them to the contribution of well identified periodic orbits with different stability levels. Excellent and somehow surprising agreement between theory at various levels, Maxwell-Helmoltz simulations, random sorting of ray optics based orbits and experiments will be reported.
PDF - 2.2 Mo
Joseph Zyss

- 16h30 Sodium vapor in a single-mirror feedback scheme : a paradigm of self-organizing systems in optics by Wulfhard Lange (Institut für Angewandte Physik, Münster)

  • Single-mirror schemes have been proven to give rise to a wealth of phenomena of self-organization, when suitable nonlinear media are involved. They allow well-controlled experiments and a detailed theoretical analysis. While many results were obtained by the use of liquid-crystal light valves, here phenomena relying on cooperative spin-orientation in sodium vapor are reviewed. Among those are quasipatterns, superstructures, target patterns and spirals, some of them coexisting with transverse solitons. The emphasis is on recent experiments that are governed by the properties of domain walls and their mutual interaction.
PowerPoint - 9.6 Mo
Wulfhard Lange

- 17h00 Orbites périodiques et balafres d’une fibre optique par Claire Michel (LPMC, Nice)

  • Les fibres optiques à section chaotique constituent un formidable outil pour l’étude du chaos ondulatoire et, en retour, offrent à ce domaine très fondamental les applications pratiques qui lui font parfois défaut. Si la grande majorité des modes de propagation d’une telle fibre présente une répartition spatiales de la lumière qui forme un champ de tavelures, certains modes présentent des « balafres » qui se construisent sur une orbite périodique (voire quelques) du billard ayant la forme de la section de la fibre. Ces modes très particuliers sont habituellement noyés au milieu des modes « ergodiques » et leur sélection, préambule nécessaire à toutes tentatives d’utilisations, se révèle particulièrement ardue. Récemment, en positionnant un milieu amplificateur sur la position du point auto-focal de l’orbite périodique la plus courte d’une fibre optique en forme de cercle tronqué, nous avons pu montrer qu’un très efficace mécanisme d’amplification sélective des modes balafrés par l’orbite périodique choisie s’opérait alors.
PDF - 13.3 Mo
Claire Michel

- 17h20 Cavity Solitons : Optical Properties par Emilie Caboche (INLN, Nice)

  • Cavity solitons (CS) are localized bright intensity peak which can be found in a driven optical cavity. Theory predicts that these structures can be switch on and off independently, and that we can locate them using gradients of parameters. These properties make them interesting as potentials ’pixels’ for reconfigurable arrays or all optical processing units. Using a VCSEL injected with a plane wave beam as the driven optical cavity, many of the basic properties has been proved. We now explore more complex properties such as CS moving along a phase or intensity gradient of the driven beam, or location of CSs under effect of phase mask.
PDF - 3.1 Mo
Emilie Caboche

- 17h40 Clôture de la première journée

Mercredi 6 Février

- 9h00 Network of Networks : a Model for Complex Brain Networks par Jürgen Kurths (Université de Potsdam, Allemagne)

  • Recent research has revealed a rich and complicated network topology in the cortical connectivity of mammalian brains. A challenging task is to understand the implications of such network structures on the functional organization of the brain activities. This is studied here basing on dynamical complex networks. We investigate the formation of complex synchronization dynamics on the cortico-cortical network of the cat by modelling each node (cortical area) of the network with a sub-network of interacting excitable neurons. We find that this network of networks displays clustered synchronization behaviour and the dynamical clusters coincide with the topological community structures observed in the anatomical network. This kind of mesoscopic modelling seems to be a promising approach for understanding brain dynamics. Our results provide insights into the relationship between the global organization and the functional specialization of the brain cortex.
PowerPoint - 5.3 Mo
Jürgen Kurths

- 9h40 Covariant Lyapunov vectors as a means to characterize space-time chaos by Antonio Politi (Istituto dei Sistemi Complessi, Florence)

  • So far, chaotic regimes have been mainly characterized by means of Lyapunov exponents, since they are dynamical invariants and provide information on the information production rate and on the number of degrees of freedom that are actively involved. Recently, it has been shown that there is an effective way to determine the corresponding directions (“covariant” Lyapunov vectors). The availability of this tools opens the possibility to check the hyperbolicity of a given dynamical system, to locally characterize the degree of chaotic behavior, to search for and identify possibly hydrodynamic modes and is also related to possibility of developing analytic techniques to compute Lyapunov exponents, going beyond the maximal one.
PDF - 554.2 ko
Antonio Politi

- 10h20 Pause café

- 10h50 Synchronization state between pre-turbulent hyperchaotic attractors par Gerard Vidal (Universidad de Navarra, Pamplona)

  • This work is based on a mathematical model previously used to describe a Bénard-Marangoni experiment in a small box, where a time-dependent convective pattern appears imposed by square boundary conditions. The equations studied here represent a Codimension-2 Takens-Bogdanov bifurcation under square symmetry in a time-dependent regime showing hyperchaotic behaviour. We study a pair of these hyperchaotic attractors coupled symmetrically in order to obtain a synchronized regime. The behavior of Lyapunov exponents in the coupled system against the coupling parameter is used system to analize changes in the dynamics. The synchronized state is controlled by checking simultaneouly the evolution in the phase planes. We obtained without chaos suppression a complete synchronization regime of both systems for a coupling parameter interval. A further increase in the coupling outside this window brings to a situation where complete synchronization can not be generally achieved.
PowerPoint - 4.9 Mo
Gerard Vidal

- 11h10 Out of equilibrium phase transitions in the self organization of two dimensional turbulent flows par Freddy Bouchet (INLN, Nice)

  • One of the most important problem in turbulence is the prediction of large-scale structures of very high Reynolds’ flows. The class of two dimensional and geostrophic flows is relevant for applications for geophysical applications (ocean and atmosphere). The main physical phenomenon is the self organization of the large scales of the flow. We consider the two-dimensional Navier-Stokes equation with weak stochastic forcing and dissipation in the inertial limit. This is an example of dynamical system, where an out of equilibrium stationary state is reached, without detailed balance. The existence of an invariant measure has been mathematically proved recently, together with mixing and ergodic properties. This problem has however never been considered from a physical point of view. We thus address the following issues : when is the measure concentrated on an inertial equilibrium, how are the large scales selected by the forcing, what is the level of the fluctuations ? The most striking result is the existence of out of equilibrium phase transitions. One observe transitions from one type of flow (unidirectional) to an other one (dipole), at random time. This is similar to the classical two wheel potential with noise. By contrast, in our case, no such potential exists and the turbulent nature of the flow (infinite number of degrees of freedom) renders the phenomena much richer. Analogies with the Earth magnetic field reversal, and with similar phenomena in experiment of two dimensional and geophysical flows will be discussed.
PDF - 5 Mo
Freddy Bouchet

- 11h30 Loi d’extension des déferlements sur la crête des vagues par Patrice Le Gal (IRPHE, Marseille)

  • Le déferlement des vagues peut-être considéré la manifestation d’une singularité dans la dynamique du fluide sous-jacent. Nous montrons qu’à l’apparition du déferlement, la zone déferlée s’étend latéralement le long des crêtes avec une vitesse évoluant comme le carré du temps. Ces résultats sont tout d’abord obtenus par une analyse théorique des équations de Burgers 2D puis des équations d’eau peu profonde. Ils sont ensuite comparés à des expériences de laboratoire. L’accord est excellent.
PowerPoint - 4 Mo
Patrice Le Gal

- 11h50 déjeuner à La Berlugane

- 13h30 départ pour l’INLN

- visite des expériences menées à l’INLN

- autour de 16h00 pause café

Session d’affiches

Nous vous invitons à soumettre une affiche qui pourra être discutée lors de ces journées. Ces affiches portant sur l’ensemble des thèmes relevant des activités du GDR peuvent également être présentées. Ces sessions ne laissant malheureusement pas toujours le temps d’un examen approfondi, les affiches seront distribuées sous la forme d’un tirage au format A3. Elles seront également mises en ligne sous forme électronique sur le site du GDR. Le format pdf est requis pas soucis d’accessibilité générale. Ce dépôt pourra être effectué un peu avant la réunion auprès de Christophe Letellier afin de permettre aux participants d’en prendre connaissance ou après celle-ci. La taille du fichier doit demeurer raisonnable (n’oubliez pas qu’il faut ensuite les télécharger et/ou les imprimer).

Vous trouverez dans le document ci-dessous un fichier powerpoint au format prédéfini pour l’impression des affiches en A0 ou A3. Vous pouvez l’utiliser pour préparer votre affiche qui sera distribuée (au format A3) à l’ensemble des participants. Pour assurer cette impression, le fichier doit être envoyé à Christophe Letellier pour le lundi 28 Janvier 2008.

PowerPoint - 611 ko
Affiche au format A0

- Les 45 places disponibles sont désomais réservées. Les inscriptions sont donc closes. Le GdR prend en charge les chambres d’hôtel (à La Berlugane), les petits déjeuner, les déjeuners et les pauses café. La prise en charge des frais par le GdR se limite aux coûts comme indiqués sur le bulletin d’inscription.

- Ces journées se dérouleront à l’hôtel La Berlugane de Beaulieu sur mer (14 Bd. General Leclerc) sous la conduite de l’Institut Non Linéaire de Nice.

La Berlugane

- Informations pour rejoindre La Berlugane :

  • Par bus+train à partir de l’aéroport : Prendre le bus N° 98 (pour la gare routière) ou le N°99 (pour la gare SNCF) à l’aéroport de Nice en direction de la gare de Nice-ville). Il faut pour cela prendre un pass touristique à 4 €. Les tickets sont en vente à la station de bus (proches du bureau des parkings). Ce ticket qui est en fait un pass valable pour la journée et est valable sur toutes les ligne de bus du réseau Ligne d’Azur (de 6 heures du matin à trois heures du matin). Une fois arrivé à la gare de Nice-ville, il faut compter de 7 à 11 minutes pour gagner Beaulieu-sur-Mer selon le nombre d’arrêts. La liste complète des arrêts possibles est : Nice-ville, Nice-Riquier, Villefranche et Beaulieu-sur-mer. Une fois arrivé à la gare de Beaulieu-sur-mer station, il vous faut suivre les instructions ci-dessous.
  • Par bus seul : A l’aéroport, prenez un bus (N°98) pour la gare routière. De là, prenez le bus N° 100 pour Menton/Monaco. Vous devez indiquer au chauffeur de s’arrêter à la Gare SNCF de Beaulieu. L’arrêt de bus est proche du pont où le Bd. General Leclerc croise la ligne de chemin de fer. A partir de l’arrêt de bus, marchez (50m) tjusqu’à la gare de Beaulieu railway. Pour atteindre La Berlugane à partir de la gare de Beaulieu, voir ci-dessous.
  • Trajet de la gare à La Berlugane : Alors que vous sortez de la gare, vous avez sur votre droite (moins de 100 m) l’office du tourisme. Contournez le (le laissant sur votre droite) et juste derrière, vous trouverez des marches conduisant à un passage sous les voies de chemin de fer. Continuez tout droit. Vous êtes alors sur une jolie rue piétonne nommée rue du marché. A la fin de cette rue du marché, des bornes métalliques interdisent le passage aux voitures et aux motos. Immédiatement après avoir passé ces bornes, vous vous retrouvez sur une route. Tournez à gauche. Après 25 m, tournez à droite pour prendre la rue du port, longue d’une cinquantaine de mètres. Après 50 m supplémentaire, vous êtes à La Berlugane qui est au 14 Bd General Leclerc. La Berlugane est désignée par un W sur la carte ci-dessous. L’ensemble de cette promenade vous prendra moins de six minutes.
JPG - 31.2 ko
Carte de Beaulieu-sur-mer

- Informations complémentaires auprès de Nathalie Hamel

I.N.L.N. Secrétariat J. Tredicce 1361, route des Lucioles - F 06560 VALBONNE Tel : +33 (0)4 92 96 73 98 - Fax : +33 (0)4 93 65 25 17

Sont déjà inscrits pour ces journées

Fichier à télécharger

Joseph Zyss


2.2 Mo  ··  1572 - 10/11/19

Yves Couder


16.8 Mo  ··  1748 - 10/11/19

Claire Michel


13.3 Mo  ··  1637 - 10/11/19

Jürgen Kurths


5.3 Mo  ··  1661 - 11/11/19

Gerard Vidal


4.9 Mo  ··  1893 - 10/11/19

Freddy Bouchet


5 Mo  ··  2100 - 13/11/19

Patrice Le Gal


4 Mo  ··  2230 - 10/11/19

Christian Jost


31.7 Mo  ··  1624 - 10/11/19

Philippe Tracqui


2.8 Mo  ··  1715 - 10/11/19

Antonio Politi


554.2 ko  ··  1873 - 10/11/19

Hugues Berry


2.2 Mo  ··  2383 - 10/11/19

Emilie Caboche


3.1 Mo  ··  2071 - 13/11/19

Anne De Wit


3.1 Mo  ··  2051 - 10/11/19

Nicolas Marsal


5.3 Mo  ··  1536 - 10/11/19

Thomas Risler


6.2 Mo  ··  1616 - 10/11/19

Patrick Sebbah


6.2 Mo  ··  1619 - 10/11/19

Wulfhard Lange


9.6 Mo  ··  1611 - 13/11/19

Affiche au format A0


611 ko  ··  1570 - 10/11/19

Carte de Beaulieu

Document pdf à imprimer sur une feuille A4.
87.7 ko  ··  2048 - 11/11/19

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