Effets du bruit et d'un flot transverse sur les instabilités spatio-temporelles dans un système optique à cristaux liquides - TEL - Thèses en ligne Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2005

Influence of noise and transverse flow on pattern formation in a nematic liquid crystal with optical feedback

Effets du bruit et d'un flot transverse sur les instabilités spatio-temporelles dans un système optique à cristaux liquides

Résumé

Spontaneous pattern formation has attracted interest in many different scientific domains, as it is a widespread phenomenon manifested, for instance, in sand ripples, cloud stripes and leopard's skin. This work is a contribution to the study of these phenomena in the field of optics. It combines theoretical, numerical and experimental study, and focuses onto a liquid crystal system with optical feedback. First, non-trivial effects of noise on the pattern formation are studied. For instance, we show the presence of noise-induced precursors that anticipate some properties of the patterns appearing above the threshold. Second, we evidence that a transversal drift leads to the existence of a new instability (convective) leading to new noise-sustained structures. Their properties, their domains of existence as well as their combinations are studied.
Les instabilités spatio-temporelles sont le nom scientifique pour nommer la formation spontannée de structures spatiales plus ou moins régulières. Nous avons tous eu l'occasion de voir des ridules se former sur le sable ou encore les nuages s'organiser en "troupeaux de moutons". Ce sont deux exemples parmi une très grande variété de structures et de systèmes capables de développer des instabilités spatio-temporelles. En optique, elles s'observent dans la section transverse des faisceaux laser. La diversité des organisations et la richesse de leur dynamique ont entraîné un intérêt croissant pour leur étude. Ce travail est une contribution à cet effort scientifique et s'appuie sur un système composé d'un faisceau laser faisant un aller-retour dans à travers un échantillon de cristal liquide. Une étude à la fois expérimentale, numérique et théorique est réalisée autour de deux axes principaux: l'étude des effets (i) du bruit sur la formation des structures et (ii) d'un flot transverse sur leur dynamique. Dans une première partie, nous montrons en particulier que la présence de bruit d'origine microscopique (fluctuation thermique des molécules de cristaux liquides) induit des effets macroscopiques non triviaux. C'est à dire qu'ils n'ont pas d'équivalent dans le système sans bruit généralement étudié lors de sa modélisation. Plus précisément, nous caractérisons un effet précurseur induit par le bruit qui se manifeste sous le seuil, là où aucun effet n'est attendu par le modèle classique. Il est appelé précurseur car il anticipe certaines propriétés du réseau hexagonal qui apparaît au seuil. Dans une seconde partie, nous montrons que lorsque la symétrie du système est brisée par un courant transverse, un nouveau régime dynamique -- l'instabilité convective -- peut apparaître. Nous mettons alors en évidence expérimentalement que celui-ci se traduit par la formation de structures entretenues par le bruit, i.e. qui n'existent qu'en présence de bruit. Enfin, l'étude de leurs propriétés et de leur dynamique nous permet de définir des conditions de formation de nouvelles structures complexes (superlattice) purement entretenues par le bruit. Bienvenu dans un monde où l'ordre naît du désordre...
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Citer

Gonzague Agez. Effets du bruit et d'un flot transverse sur les instabilités spatio-temporelles dans un système optique à cristaux liquides. Physique [physics]. Université des Sciences et Technologie de Lille - Lille I, 2005. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-00010207⟩
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