Pierre Lancien

Attaché Temporaire d'Enseignement et de Recherche
Département de Physique de l'Ecole Normale Supérieure
24 rue Lhomond - 75005 Paris
email: pierre.lancien(at)ens.fr



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Thèmes de Recherche

  • Etude expérimentale des chenaux sous-marins
  • Intelligence collective chez les termites
  • Structures cohérentes dans la convection de Rayleigh-Bénard
  • Cosmologie observationnelle - Fond diffus cosmologique
  • Calefaction d'une goutte d'eau
  • (thèse)

    (stages de DEA et maitrise)
    (stage de licence)
    (projet expérimental de licence)



    Etude Expérimentale des Chenaux Sous-marins

    Thèse sous la direction de François Métivier et Eric Lajeunesse
    Institut de Physique du globe de Paris - Géomorphologie

    De nombreux grands fleuves chargés en sédiments exercent encore, à des centaines de kilomètres de leur embouchure, une influence notable sur les fonds marins. Les courants de densité qu'ils engendrent sont en effet responsables de la formation de systèmes de chenaux pouvant atteindre plusieurs kilomètres de largeur. Leur étude s'avère très utile pour retracer l'évolution passée des processus d'érosion, et ils représentent les derniers espaces de prospections réellement disponibles pour les compagnies pétrolières.
    Nous sommes parvenus à reproduire expérimentalement l'incision sub-aquatique de chenaux droits ou méandriformes à partir d'un courant de densité continu. Le dispositif comprend un plan incliné, immergé dans une cuve remplie d'eau, et sur lequel repose une couche uniforme de sédiments. Un courant d'eau salée, plus dense, est injecté en haut du plan et parallèlement à celui-ci.
    Nous pouvons contrôler les trois paramètres principaux de l'expérience: la pente du plan incliné, le débit et la concentration en sel du flux entrant. Cela nous permet de tester la reproductibilité du phénomène et de dresser un diagramme de phase précisant les conditions d'incision du chenal.
    La topographie des chenaux produits est enregistrée de manière dynamique au moyen d'un dispositif optique comprenant la projection de franges rectilignes dont l'intensité varie de manière sinusoïdale, suivie d'une démodulation de phase pour déduire la hauteur des déformations des franges qu'elle engendre. Nous pouvons ainsi définir puis mesurer les quantités physiques caractéristiques des différents chenaux produits et visualiser leur évolution. En calculant la différence entre des cartes topographiques successives, nous évaluons les taux d'érosion et de sédimentation locaux à un instant donné. Gr‚ce à l'enregistrement de l'histoire de la topographie au long d'une expérience, nous obtenons alors un cube 3D des variations spatiales du taux d'érosion, dont nous pouvons extraire des coupes 2D qui présentent d'importantes similitudes avec les profils sismiques mesurés sur le terrain.

    Documents à télécharger:

  • Poster présentant l'expérience - mars 2004 (format PDF - 1p. - 4.1 Mo)


    Intelligence Collective chez les Termites

    Les nids de certaines espèces de termites présentent des architectures compliquées et très ingénieuses, comparables aux constructions humaines: la termitière comprend de nombreuses salles, soutenues par des piliers et des voûtes, reliées par des couloirs, ainsi que des conduits d'aération, pour réguler la température.
    Pourtant un termite est un animal extrêmement simple, incapable de mesurer des distances, ou d'avoir une vision globale du plan de la termitière.
    Il y a là un paradoxe, que l'on retrouve chez diverses sociétés animales: malgré des capacités limitées au niveau de l'individu, sans qu'il y ait de communication directe explicite, et sans avoir à obéir à une autorité centrale, ces sociétés parviennent à adopter des comportements cohérents étonnamment complexes.
    C'est cette constatation qui a donné naissance au concept d' "Intelligence Collective" : la société est plus intelligente que la somme des individus pris séparément.
    A l'opposé, une foule humaine peut dans certaines circonstances (évacuation en cas d'incendie par exemple) développer des réactions inefficaces, voire même néfastes aux personnes qui la composent. "L'intelligence" de la foule se situe ainsi en deçà de celle d'un seul individu.
    Une question se pose alors: quelles sont les conditions qui déterminent l'apparition de phénomènes collectifs intelligents ? A l'évidence, il ne suffit pas uniquement de réunir un ensemble d'individus dont le but est le même. L'étude détaillée de la construction du nid chez les termites est donc très instructive, notamment lorsqu'il s'agit de répondre à la question cruciale: comment les termites coordonnent-ils leurs actions ?

    Dans ce but, j'ai réalisé un simulateur multi-agents dans lequel évoluent des termites virtuels, dont la modélisation est simplifiée à l'extrême, déplaçant des boulettes de terre. Cette simulation montre qu'une communication directe entre termites n'est pas nécessaire pour aboutir à la formation de structures, et que la prise en compte des phéromones produites par les termites peut suffire à faire apparaître des comportements extrêmement organisés.




    Structures Cohérentes dans la Convection de Rayleigh-Bénard

    Stages de Maitrise et DEA sous la direction de Bernard Castaing et Francesca Chilla
    ENS Lyon - Laboratoire de Physique

    La convection de Rayleigh-Bénard est une instabilité hydrodynamique d'origine thermique, se manifestant lorsqu'un fluide dans une cuve est refroidi par le haut et chauffé par le bas. Les couches limites thermiques émettent alors des structures cohérentes, appelées plumes, panaches et lames, qui participent au transfert de chaleur entre les deux plaques. Leur étude est une alternative à l'étude statistique classique de la turbulence. Après avoir décrit les caractéristiques des panaches au cours de mon stage de maîtrise, j'ai étudié au cours du stage de DEA les lames, leur organisation sur la surface du haut lorsque celle-ci est refroidie, et leur déstabilisation en panaches, en introduisant notamment des mesures de champs de vitesse par imagerie de particules.

    Documents à télécharger:

  • Rapport: Etude des Panaches thermiques dans la Convection de Rayleigh-Bénard (format PDF - 29p. - 3.0 Mo)
  • Rapport: Structures Cohérentes en Convection Thermique (format PDF - 33p. - 4.8 Mo)

    Liens à visiter:

  • Description de l'expérience simplifiée pour les cours de SVT du secondaire, sur le site Planet-Terre.


    Cosmologie Observationnelle - Fond Diffus Cosmologique

    Stage de Licence sous la direction de Jean-Christophe Hamilton
    Collège de France - Physique Corpusculaire et Cosmologie

    Archeops est une expérience conçue pour mesurer les fluctuations du fond diffus cosmologique, rayonnement émis par l'Univers 300 000 ans environ après le Big-Bang. L'étude de ce rayonnement fossile donne accès aux paramètres cosmologiques de notre Univers : courbure, densité de matière et d'énergie
    Un développement en harmoniques sphériques permet d'obtenir à partir de sa carte un spectre de puissance. De nombreux effets parasites faussent cependant ce spectre : les opérations de filtrage, le fait que seule une portion du ciel est balayée, et surtout le niveau de bruit, inévitablement important pour des mesures nécessitant une telle précision. J'ai contribué pendant ce stage à la mise au point d'un simulateur de type Monte-Carlo corrigeant ces effets, et plus particulièrement à l'estimation du spectre de bruit.

    Documents à télécharger:

  • Rapport de stage (format PDF - 28p. - 920 Ko)


    Caléfaction d'une goutte d'eau

    Projet expérimental de Licence - ENS Lyon

    La caléfaction est la formation d'un film de vapeur, engendré par ébullition, entre une surface chaude et un liquide. Cela entraîne un mauvais échange de chaleur entre la plaque et le liquide. L'exemple le plus connu de caléfaction se trouve dans la littérature : Michel Strogoff, lorsqu'on lui présente devant les yeux la lame d'un sabre chauffée à blanc, est sauvé de l'aveuglement grâce aux larmes qui lui viennent en pensant à sa mère
    Ce phénomène peut aussi être observé dans la vie de tous les jours : lorsque l'on verse une goutte d'eau sur une plaque de cuisson très chaude, elle lévite comme un aéroglisseur sur le coussin de vapeur qu'elle produit. Elle peut ainsi se déplacer quasiment sans frottements, et en arrivant à la piéger, il est possible d'observer des vibrations de la goutte, qui lui donnent des formes spectaculaires. C'est cette constatation qui m'a amené à étudier la caléfaction plus en profondeur. Ce sujet est délicat à étudier, car le phénomène est très mal compris à l'heure actuelle. Mon but fut plus d'essayer de construire une démarche expérimentale complète que d'avoir des résultats quantitatifs et probants.

    Documents à télécharger:

  • Rapport complet (format PDF - 12p. - 90 Ko)
  • Photo de différents modes observés (format JPG - 100 Ko)


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