Des vols d'étourneaux ou des bancs de poissons sont des exemples classiques de « matière active ». Ces ensembles d'entités, vivantes ou non, sont animés de mouvements collectifs qui peuvent revêtir des formes remarquables ou inattendues.
Un chercheur de l'Iramis et ses partenaires chinois ont choisi d'étudier un modèle de matière active, appelé rouleaux de Quincke. Il est constitué de particules colloïdales isolantes, immergées dans un fluide conducteur et soumises à un champ électrique continu. Au-dessus d'un champ critique, ces particules subissent une instabilité conduisant à un mouvement de rotation d'ensemble dans le fluide.
Plus précisément, les scientifiques se sont intéressés au régime sous-critique de ce modèle. En combinant expériences, théorie et simulations numériques, ils observent que des phénomènes collectifs spectaculaires apparaissent également pour un champ inférieur au seuil critique (mais proche de lui).
En effet, les particules proches les unes des autres peuvent commencer à rouler même si le champ électrique n'atteint pas tout-à-fait le seuil. Sont en particulier observés :
- des ondes d'activité rapides ;
- des tourbillons isolés et stables, de tailles arbitraires, et composés de milliers de particules se déplaçant à la même vitesse.
Au-delà des interactions entre particules usuellement considérées dans les modèles simples de matière active, la description de ces systèmes doit prendre en compte le fluide qui les entoure et des configurations locales.
Cette étude se poursuit par l'exploration expérimentale et numérique de plusieurs pistes prometteuses pouvant révéler d'autres modes d'auto-organisation dynamique :
- l'application d'un champ périodiquement modulé ;
- l'utilisation simultanée de plusieurs tailles de particules.