Les effets collectifs sont présents dans la nature à de nombreuses échelles et dans des systèmes très différents.On peut notamment citer les vols d'oiseaux, les bancs de poissons, les nuages d'insectes, ou encore les troupeaux de moutons.Pour pouvoir décrire ces effets collectifs, il est nécessaire de disposer de systèmes expérimentaux abiotiques modèles.Dans cette thèse nous présentons un système expérimental composé de colloïdes Janus or et platine. Au contact d'eau oxygénée ces colloïdes se mettent en mouvement tout en consommant ce carburant.Ce système est donc fondamentalement hors équilibre puisque de l'énergie est consommée à l'échelle des individus. Il a la particularité de présenter des effets collectifs sous la forme de l'apparition de clusters, agrégats dynamiques de colloïdes / Collective motion are present at every scales and in very various biological systems. For example one can observe flocks of birds, schools of fishes, or swarms of insects. To be able to describe and understand these collective effects, it is necessary to have experimental abiotic model systems.In this PhD we present an experimental system made of Janus colloids of gold and platinum. When putted in an hydrogen peroxide bath, they set in motion, consuming fuel.This system is fully out of equilibirum because energy is consumed at the scale of individuals. It presents collective motion with the apparition of clusters, dynamical aggregates of active colloids.This PhD is structured around three parts :- the study of the kinetics and dynamics of the clusters- the achievement of sedimentation experiments- the study of the system in dense assemblies, forming an active colloidal glass

L'objectif du projet, intitulé "Vieillissement dans les processus réaction-diffusion sans bilan détaillé", est de mieux comprendre le comportement physique des systèmes avec un très grand nombre de degrés de liberté. En particulier, de tels systèmes peuvent bien montrer un comportement collectif avec de nouvelles qualités, qui ne sont pas présentes auprès des constituants individuels. C'est dans ce contexte que nous nous sommes intéressés au vieillissement. D'emblée, nous pourrions répondre que la seconde loi de la thermodynamique justifie le vieillissement, cependant cette loi seule ne permet pas de comprendre les processus sous-jacents responsables de ce phénomène. Dans ce but, nous nous sommes restreints dans un premier temps aux modèles exactement résolubles, dans l'espoir d'avoir des résultats analytiques qui pourront permettre une intuition physique correcte. Nous avons donc considéré dans ce travail les systèmes qui suivent une dynamique de type réaction-diffusion. Plus précisément, nous avons étudié les systèmes relaxant vers des états stationnaires hors-équilibre avec une dynamique ne satisfaisant pas le bilan détaillé. En effet, alors que le rapport fluctuation-dissipation est bien connu pour les systèmes avec bilan détaillé, il n'en est rien pour ces autres systèmes. Cette thèse se focalise sur deux modèles; le premier est le processus de contact bosonique avec une diffusion de type "vols de Lévy" permettant les sauts à longue portée, et le second est le processus coagulation-diffusion. Dans ces deux modèles, nous avons calculé les observables à deux temps, comme le corrélateur et la réponse, extrait les formes d'échelle et les exposants caractérisant le vieillissement. Nos résultats ont amené à proposer une généralisation du rapport fluctuation-dissipation dont l'applicabilité a été testée sur un grand nombre de modèles. Son interprétation physique reste une question ouverte pour de futures recherches / The objective of the project, which title is "Ageing in reaction-diffusion processes without detailed balance", is to arrive at a better understanding of the physical behaviour of strongly interacting many-body systems. In particular, such systems can exhibit a collective behaviour with new qualities which are not present at the microscopic level. It is in this context that we focus on the ageing. As an answer, we could argue that the second law of the thermodynamics might be sufficient to justify the ageing. However, that law alone does not suffice if one wishes to understand more deeply the underlying processes responsible of these ageing phenomena. For this motive, we consider exactly solvable systems in order to obtain precise analytical results on very simple models which later on could help to form a correct physical intuition. A common type of this kind of system is particle-reaction models with reaction-diffusion dynamics. More precisely, we have studied intrinsically irreversible systems, whose dynamics does not satisfy detailed balance and which relax towards non-equilibrium stationary states. Indeed, while for systems that obey the detailed balance relations, the fluctuation-dissipation relationship is well known, that is no longer the case for more general systems. This thesis focuses on two different models; the first one is the bosonic contact process (and also the bosonic pair-contact process) with a long range transport of particules ("Lévy flights") and the second one is the coagulation-diffusion process. In both models, characteristic two-time observables such as the two-time correlations and responses are found exactly and their exact scaling forms are extracted, especially the values of the non-equilibrium exponents characterising ageing are found. Our results suggest a novel generalisation of the fluctuation-dissipation ratio whose applicability is tested in a large set of models. Its physical interpretation remains an open question for future research

Un ensemble de particules avec interactions répulsives, dans un empilement dense, se bloquent dans un état rigide: sous cisaillement, ces systèmes ont une contrainte seuil avant de céder. Pour des particules sans friction et à température nulle, l'empilement, à la transition de Jamming, est isostatique. Les propriétés mécaniques et géométriques présentent de nombreuses lois d'échelles avec la distance au Jamming qui peut alors être vu comme un point critique. La généralisation de ce concept en présence de température et son lien avec la transition vitreuse ont fait récemment l'objet de nombreux travaux et laissent encore de nombreuses questions ouvertes. Nous tentons d'apporter des éléments de réponse à celles-ci en étudiant expérimentalement la dynamique des particules et du réseau de force d'un empilement désordonné de disques bi-disperses photo-élastiques vibrés horizontalement, dont nous varions la fraction surfacique pour plusieurs amplitudes de vibrations $\gamma$. Au delà d'un lent mouvement convectif d'ensemble, la dynamique des grains présente principalement une dynamique complexe |intermittente et hétérogène| à une échelle bien plus petite que la taille typique d'un grain. Ces hétérogénéités dynamiques sont d'amplitude maximale à une densité intermédiaire $\phi^*(\gamma)$. Au niveau du réseau de contacts, nous observons deux signatures franches et distinctes|statique et dynamique| analogues à la phénoménologie de la transition vitreuse. %La statique et la dynamique du réseau de contact présentent deux signatures distinctes analogues à la phénoménologie de la transition %vitreuse. Á l'instar du maximum d'hétérogénéités dynamiques des déplacements, la signature dynamique du réseau de contacts a lieu à $\phi^*(\gamma)$, si bien que dynamiques des déplacements et des contacts sont liées. En revanche, c'est à une densité plus élevée $\phi_J(\gamma)$ que l'on identifie la signature statique de la transition de Jamming. Lorsque l'on diminue l'amplitude de vibration vers la limite d'excitation mécanique nulle, $\gamma\rightarrow0$, $\phi^*(\gamma)$ et $\phi_J(\gamma)$ se confondent, et l'échelle de longueur des corrélations dynamiques augmente. Nous comparons ces résultats aux propriétés des sphères molles au voisinage du Jamming.

Une étude expérimentale du vieillissement des matériaux vitreux,<br />basée sur l'analogie entre verres de spin et verres structuraux, a<br />été réalisée en introduisant une température effective Teff<br />pour ces systèmes faiblement hors équilibre. Cette nouvelle<br />observable se mesure via le rapport fluctuation dissipation.<br /><br />La mesure de Teff sur les propriétés diélectriques d'un verre<br />polymérique (polycarbonate) après une trempe sous la température<br />de transition vitreuse montre que le théorème fluctuation<br />dissipation est fortement violé. L'amplitude et la persistance<br />dans le temps de cette violation sont des fonctions décroissantes<br />de la fréquence. Autour de 1 Hz, elle persiste plusieurs heures.<br />L'origine de la violation semble être due à une dynamique<br />fortement intermittente caractérisée par de grandes fluctuations.<br />Cette intermittence semble dépendre de la vitesse de trempe et de<br />la température d'arrêt. Une interprétation théorique basée sur le<br />modèle en piège permet de rendre compte de cette dynamique.<br /><br />Un comportement intermittent très similaire a été observé pour un<br />verre colloïdal (Laponite) pendant la transition de l'état liquide<br />à l'état solide alors qu'aucune violation ou intermittence n'ont<br />été observées après une trempe lente réalisée sur un autre verre<br />polymérique, le poly(méthyl méthacrylate) (PMMA).<br /><br />Nous présentons également une mesure mécanique préliminaire de la<br />relation fluctuation dissipation sur une tige de polycarbonate à<br />l'aide d'un interféromètre de Nomarski à deux bras.