Le rôle des parois dans l'émergence d'un comportement collectif dans une assemblée de scarabées vibrants
Publié par Redbran le 06/07/2018 à 12:00
Source: CNRS-INP
En utilisant comme système modèle une assemblée de petits scarabées mécaniques vibrants, des physiciens ont montré l'émergence d'un comportement collectif lorsque ceux-ci sont suffisamment nombreux. Au-delà d'un seuil critique, ces "mobiles actifs" se regroupent en majorité le long des parois de l'enceinte tandis qu'à faibles nombres, ils se déplacent de manière aléatoire au centre de l'enceinte.


L'image de gauche montre une collection d'objets munis de leur propre mobilité dans une arène circulaire. Ces objets forment un 'gaz'. L'image de droite montre qu'en nombre (La notion de nombre en linguistique est traitée à l’article « Nombre grammatical ».) suffisant, cette collection s'ordonne proche de la paroi de l'arène formant (Dans l'intonation, les changements de fréquence fondamentale sont perçus comme des variations de hauteur : plus la fréquence est élevée,...) un état de surface (Une surface désigne généralement la couche superficielle d'un objet. Le terme a plusieurs acceptions, parfois objet géométrique, parfois frontière physique, et est souvent abusivement confondu avec...) alors qu'un gaz continue d'exister au centre de l'arène loin des parois. © LOMA (CNRS/Univ. Bordeaux)

Les physiciens s'intéressent actuellement de près au phénomène d'auto-organisation (L'auto-organisation est un phénomène de mise en ordre croissant, et allant en sens inverse de l'augmentation de l'entropie; au prix bien entendu d'une dissipation d'énergie qui servira à maintenir cette...) que l'on observe dans le vol des nuées d'oiseaux, la nage des bancs de poissons (Les Poissons sont une constellation du zodiaque traversée par le Soleil du 12 mars au 18 avril. Dans l'ordre du zodiaque, elle se situe entre le...) ou encore la formation de biofilms de cellules. Des expériences et des simulations récentes ont montré que la présence de parois pouvait avoir un rôle déterminant sur le comportement de ces systèmes composés de "mobiles actifs".

Des physiciens du Laboratoire ondes (Une onde est la propagation d'une perturbation produisant sur son passage une variation réversible de propriétés physiques locales. Elle transporte de l'énergie sans transporter de...) et matière (La matière est la substance qui compose tout corps ayant une réalité tangible. Ses trois états les plus communs sont l'état...) d'Aquitaine (LOMA, CNRS/Univ. Bordeaux) et du Centre de recherche (La recherche scientifique désigne en premier lieu l’ensemble des actions entreprises en vue de produire et de développer les connaissances scientifiques. Par extension métonymique, la recherche...) Paul Pascal (CNRS/ Univ. Bordeaux) viennent de quantifier le rôle des parois dans un système modèle composé d'une assemblée de petits scarabées en plastique dont les vibrations du corps provoquent des déplacements aléatoires. En mesurant comment leur agrégation au niveau des parois dépend de leur nombre et de leur agitation (L’agitation est l'opération qui consiste à mélanger une phase ou plusieurs pour rendre une ou plusieurs de ces caractéristiques homogènes. Plusieurs types d'opérations liées à l'agitation peuvent...), ils ont montré l'existence de deux régimes: le premier, analogue à un gaz, et le second, où ce gaz coexiste avec des regroupements localisés aux bords de l'enceinte où sont confinés les scarabées. En reprenant l'expérience avec une arène aux parois déformantes et mobiles, ils ont induit (L'induit est un organe généralement électromagnétique utilisé en électrotechnique chargé de recevoir l'induction de l'inducteur et de la transformer...) un comportement collectif conduisant au déplacement ( En géométrie, un déplacement est une similitude qui conserve les distances et les angles orientés. En psychanalyse, le déplacement est mécanisme de défense déplaçant la valeur, et...) de l'arène. Ce travail est publié dans la revue Physical Review Letters.

Pour cette étude, les physiciens ont utilisé des petits scarabées en plastique de quelques centimètres de longueur (La longueur d’un objet est la distance entre ses deux extrémités les plus éloignées. Lorsque l’objet est filiforme ou en forme de lacet, sa longueur est celle de...) munis d'une locomotion propre: ils sont munis de pattes flexibles et les vibrations du corps induisent des déplacements aléatoires. Les chercheurs ont placé dans une arène d'une à quelques dizaines de ces objets et varié leur nombre et leur fréquence (En physique, la fréquence désigne en général la mesure du nombre de fois qu'un phénomène périodique se reproduit par unité de temps. Ainsi lorsqu'on emploie...) de vibration. Ils ont alors observé soit un gaz soit une coexistence entre un gaz et un agrégat de surface. Un diagramme (Un diagramme est une représentation visuelle simplifiée et structurée des concepts, des idées, des constructions, des relations, des données...) délimitant ces deux comportements est alors obtenu.

Des simulations numériques et un modèle analytique leur ont permis de comprendre quantitativement ces résultats. En outre, lorsque les scarabées forment des agrégats, ils sont tous orientés perpendiculairement à la paroi et exercent donc une force (Le mot force peut désigner un pouvoir mécanique sur les choses, et aussi, métaphoriquement, un pouvoir de la volonté ou encore une vertu morale « cardinale »...) importante sur celle-ci. Les chercheurs ont mis à profit cette force en plaçant les scarabées dans une arène aux parois flexibles et mobiles. Combinés avec le comportement collectif des scarabées, ils ont obtenu un dispositif mobile, capable de contourner des obstacles ou rentrer dans des petits espaces. Autant de comportements qui émergent de l'auto-organisation des scarabées et ne requièrent aucun contrôle (Le mot contrôle peut avoir plusieurs sens. Il peut être employé comme synonyme d'examen, de vérification et de maîtrise.) global de l'ensemble (En théorie des ensembles, un ensemble désigne intuitivement une collection d’objets (les éléments de l'ensemble), « une multitude qui peut être comprise...).

Ce travail peut ouvrir une voie intéressante pour l'utilisation d'une multitude de petits 'robots' afin d'accomplir une tâche telle une dépollution en milieu dangereux ou une mobilité dans des espaces remplis d'obstacles.

Référence publication:
Boundaries control collective dynamics of inertial self propelled robots
A. Deblais, T. Barois, T. Guerin, P. H. Delville, R. Vaudaine, J. S. lintuvuori, J. F. Boudet, J. C. Baret et H. Kellay
Physical Review Letters (2018), doi:10.1103/PhysRevLett.120.188002

Contact chercheur:
Hamid Kellay, Professeur à l'Université de Bordeaux (Cette page est consacrée au PRES Université de Bordeaux. Pour les pages sur les universités, voir Université Bordeaux I, Université Bordeaux II,...) et chercheur au LOMA

Informations complémentaires:
- Laboratoire ondes et matière d'Aquitaine (LOMA, CNRS/Univ. de Bordeaux)
- Centre de recherche Paul Pascal (CRPP, CNRS/Univ. de Bordeaux)
Page générée en 0.231 seconde(s) - site hébergé chez Amen
Ce site fait l'objet d'une déclaration à la CNIL sous le numéro de dossier 1037632
Ce site est édité par Techno-Science.net - Informations légales
Partenaire: HD-Numérique