Projet de recherche P4/08 (Action de recherche P4)
Le thème de la complexité unifie des classes très larges de systèmes issus des sciences physiques, des sciences de l'environnement et des sciences de la vie. Suite au mécanisme d'instabilité, il s'y développe des comportements complexes d'une grande richesse, depuis les structures cohérentes jusqu'au chaos. Cette sensibilité accrue souligne le rôle des éléments probabilistes, de la prédiction et du contrôle. L'objectif de ce projet de recherche est d'entreprendre une approche concertée, couvrant les aspects déterministes et probabilistes des systèmes complexes et d'en explorer les applications potentielles.
L'expertise des laboratoires impliqués couvre la mécanique statistique et thermodynamique, la dynamique non-linéaire, les processus stochastiques, la physique quantique et mathématique ainsi que les sciences atmosphériques. Cette complémentarité et les apports croisés entre les techniques théoriques, numériques et expérimentales qui sont développées permettent d'aborder d'un point de vue novateur des questions d'intérêt tant fondamental que pratique.
Les thèmes de recherche se répartissent comme suit :
-Niveau macroscopique : aspects thermodynamiques; bifurcations, dynamique de défauts et chaos spatio-temporel dans les systèmes réaction-diffusion et les matériaux sous contrainte; analyse des singularités, intégrabilité et chaos dans les systèmes dynamiques continus et discrets.
-Approche probabiliste des systèmes complexes : représentation spectrale des opérateurs d'évolution des densités de probabilité; statut de la description de champ moyen.
-Echelles mesoscopique et microscopique : chaos microscopique en mécanique statistique et en physique quantique; structures d'interférence dans les condensats de Bose-Einstein; dynamique non-linéaire dans les systèmes de basse dimension et à géométrie restreinte; dynamique réactive sur les membranes cellulaires; phénomènes critiques de non-équilibre; résonance stochastique; simulations microscopiques.
-Prédiction et contrôle : croissance d'erreur dans les systèmes chaotiques multivariés; prévisibilités des champs atmosphériques; méthodes des réseaux de neurones et des multifractals appliqués à l'assimilation des données.
-Processus évolutifs et cognitifs : apprentissage par des exemples; mémoire immunitaire et reconnaissance du soi; dynamique coopérative et comportements sociaux collectifs en biologie.
A long terme, la recherche sur les systèmes complexes est susceptible d'entraîner des progrès majeurs dans les secteurs appliqués, tels que des techniques nouvelles de prédiction en sciences atmosphériques et la construction de matériaux dont la structure mésoscopique est taillée à des fins spécifiques. Des applications à plus court terme sont également envisagées :
-utiliser les comportements dynamiques complexes pour améliorer la spécificité du chemin réactionnel en catalyse hétérogène;
-développer des algorithmes hybrides alliant les codes hydrodynamiques et les simulations microscopiques pour calculer des écoulements complexes;
-détecter des signaux complexes sur base des phénomènes de résonance stochastique et des transitions induites par le bruit;
-exploiter les comportements collectifs dans la gestion des ressources.
