Retour sur le semestre thématique 2022 « Ondes & Complexité »

Les « Semestres Thématiques » de l’Académie « Systèmes Complexes »

L’Académie « Systèmes Complexes » a pour mission de mettre en lumière les travaux de recherche spécifiques menés par ses chercheuses et chercheurs. Avec les « Semestres Thématiques », l’idée est d’identifier puis, de soutenir des initiatives originales capables de regrouper une équipe interdisciplinaire autour d’une thématique émergeante.

Pour mettre le projecteur sur les activités de recherche d’une équipe, l’Académie sélectionne, chaque année, une à plusieurs propositions de semestre thématique pour leur excellence scientifique, leur thématique à la fois originale et novatrice et leur programme cohérent et diversifié.
 

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Un semestre thématique s'articule autour de différentes actions. Plus particulièrement, il s’agit de mettre en place une école thématique capable d’attirer aussi bien des jeunes chercheurs qu’un public plus confirmé.

Le programme comporte également la tenue d’un atelier, d’une conférence de portée internationale ainsi que la venue d’experts internationaux pour des séjours de moyenne durée sur le site d’Université Côte d’Azur.

A travers ces actions de recherche, de communication et de formation l’idée est de promouvoir et diffuser les mises à jour de nouvelles problématiques aux frontières de nos connaissances sur les systèmes complexes.

Avec ses semestres, l’Académie « Systèmes Complexes » propose :
- Entre 50k€ à 70k€ budget
- Des invitations pour des professeurs et des chercheurs associés
- Un programme complet qui réunit des professeurs, chercheurs, étudiants, français et étrangers

 

Rétrospective du semestre thématique 2022 « Ondes & Complexité »

Le premier semestre thématique de l’Académie « Systèmes Complexes » axé sur les phénomènes ondulatoires complexes s’est déroulé de mai à novembre 2022. Il avait pour principal objectif de réunir l’ensemble des acteurs locaux et internationaux intéressés ou impliqués par l’étude des ondes (électromagnétiques, optiques, internes, etc.).

Porté par l'initiative Wavecomplexity, le semestre « Ondes et Complexité » a reçu une dotation de 70k€ de l’Académie « Systèmes Complexes ». Cette subvention IdEx a permis d’offrir des séminaires de recherche et, des conférences avancées ainsi que d’attirer chercheurs de renommée internationale sur le site d’Université Côte d’Azur.

Cette série d’évènements a aussi représenté une occasion unique de faire se rencontrer et participer des experts issus de divers horizons : de la physique théorique et expérimentale en passant par les sciences de la terre, aux mathématiques et la modélisation numérique.  

La tenue de ce semestre avait également pour ambition de développer des réflexions propres tournées vers des futures actions, comme la création d’un Institut sur les ondes complexes à Université Côte d’Azur et, d’encourager la naissance de nouveaux réseaux.

Pour atteindre ces objectifs, un certain nombre d'événements clés ont été organisés avec, en parallèle, la venue de chercheurs invités sur le site comme le Dr William Béthune.

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De juin à juillet 2022, le Dr William Béthune de Tübingen, a été conjointement accueilli au Laboratoire des Mathématiques & Interactions Jean-Alexandre Dieudonné ainsi qu’au Laboratoire d’astrophysique de J-L Lagrange.

L’astrophysicien se penche sur les transitions hydrodynamiques, phénomènes observés lors d’une forte augmentation de la vitesse de propagation d’un écoulement et, les ondes inertielles,  qui sont des ondes de type mécaniques dans un fluide en rotation. Il s’intéresse aussi au contrôle optimal dans des structures appelées, des disques astrophysiques, formées par de la matière en orbite autour d'un objet céleste central à l’instar d’une jeune étoile. A ce propos, le Dr W. Béthune a tenu une conférence sur la gravito-turbulence dans les disques d'accrétion au campus de Valrose d’Université Côte d’Azur à Nice.

Parmi les évènements les plus marquants, l'école thématique Waves And Complexity est l’action la plus emblématique de ce semestre.

Cette école visait à proposer un contenu équilibré et cohérent. Les conférences fondamentales consistaient à poser les bases théoriques de la turbulence des ondes (S. Nazarenko, G. Krstulovic, J.Skipp) et, des structures cohérentes pour les paquets d'ondes non linéaires (C. Sulem, P.L Sulem, G. Simpson). Plus particulièrement, ces conférences ont abordé en autres l’équation de Schrödinger non linéaire et ses extensions, qui offre une modélisation à la fois adaptée et simplifiée d'un grand nombre de systèmes physiques complexes.

En cohérence avec ce cadre conceptuel, des conférences axées sur une variété d'applications à différentes branches de la science des ondes ont été présentées par des chercheurs à la pointe dans leur domaine.

Par exemples, le physicien Gustavo Düring de l’Université pontificale catholique du Chili est venu présenter La turbulence des ondes sur des plaques élastiques. Nicolas Mordant, Professeur en Génie Mécanique à l’Université de Grenoble Alpes est quant à lui venu évoquer La turbulence des ondes de gravité de surface et interne en laboratoire. Ou encore Ioannis Kourakis, physicien théorique de formation et, mathématicien appliqué par vocation à l’Université Khalifa d’Abou Dabi est venu mettre en avant Les ondes solitaires électrostatiques dans les plasmas spatiaux et dans les environnements planétaires.

De plus, une série d'exposés orientés vers la recherche sont venus complétés les conférences dans le but de relier les concepts abordés aux recherches actuelles menées dans les grands domaines de la physique. Et plus singulièrement, en physique théorique, physique de l'état solide, en optique/photonique et magnétohydrodynamique (M.H.D), branche de la physique consacrée à l'étude des mouvements des fluides conducteurs de l'électricité en présence de champs magnétiques.

Pour ces exposés, des spécialistes de diverses disciplines se sont succédés. À titre d’illustration, le mathématicien appliqué, Jason Laurie, de l’Université d’Aston en Angleterre a livré un exposé sur la Turbulence des ondes de Kelvin, qui sont des ondes de gravité océanique de taille caractéristique. Pour ce qui est de Giulia Marcucci, elle est venue présenter le lien interne entre la complexité et l'informatique neuromorphique en optique non linéaire. Basée à Londres, cette jeune chercheuse se consacre au développement de dispositifs informatiques biophotoniques pour une start-up (Apoha Ltd).

Par ailleurs, le lien avec la recherche a été enrichi par des présentations de posters par des étudiants, ce qui a permis d'offrir de nombreuses perspectives supplémentaires et, des interactions informelles sur la recherche et le contenu des conférences.

L’atelier international Lasers, from nanoscale to PetaWatt (6 au 9 septembre 2022) a également favorisé les rencontres et les collaborations.

Axé sur les fondements physiques des lasers et leur variété d’applications (stockage d’informations, mesures, etc.), cet atelier a été l’opportunité pour des chercheurs de différents laboratoires d’Université Côte d’Azur d’interagir. Des scientifiques issus de l’Institut de Physique de Nice (Inphyni), mais aussi du Centre de Recherche sur l’Hétéroépitaxie et ses Applications (CRHEA) ainsi que du laboratoire d’astrophysique Artemis ont pu se rencontrer et faire se rencontrer leurs communautés respectives grâce à la participation de nombreux experts internationaux (Suisse, Italie, Danemark, Espagne, Allemagne et Royaume Uni).

Les exposés allaient des lasers à quelques photons aux projets monumentaux dédiés aux interactions lumière-matière sous des intensités extrêmes, des ondes nonlinéaires aux corrélations quantiques et de la détection d’ondes gravitationnelles aux analogues de neurones optique. Un panorama exceptionnel de la science des lasers, 62 ans après l’émission du premier flash de lumière laser...

D’autres interactions ont pu s’établir au cours du Workshop Artificial Intelligence for Waves (10-12 octobre 2022).

Elles concernent notamment entre des chercheurs du Laboratoire d'Electronique, Antennes et Télécommunications (LEAT), de Géoazur, unité de recherche pluridisciplinaire composée de géophysiciens, de géologues, et d’astronomes, d’Inria ainsi que du laboratoire des Mathématiques (LJAD) et de l’Institut de Physique de Nice (Inphyni).

Alors que les techniques d’IA font déjà partie de notre quotidien, elles ne sont qu’au début de l’exploitation de leur plein potentiel dans la science en général, et dans celles des ondes en particulier. Là encore, des experts locaux, nationaux et internationaux ont échangé sur les fondements de ces techniques et leurs développement (la science de l’IA et de l’apprentissage machine) et sur leur application pour différents domaines de recherche (l’IA pour la science) incluant la photonique, l’anticipation de séismes, l’hydrodynamique, les transitions de phase quantiques ainsi que la modélisation mathématique. Dans la direction complémentaire, plusieurs contributions ont aussi montré comment des systèmes biologiques ou physiques peuvent également réaliser des tâches habituellement accomplies par des IAs informatiques.

Autre évènement fédérateur, les Journées Singulières. La 10ème édition s’est déroulée à Université Côte d’Azur du 2 au 4 novembre 2022.

L’objectif était de rassembler des mathématiciens experts venus de nombreux pays (Allemagne, Autriche, Chypre, Etats-Unis, Royaume-Uni …) pour présenter les dernières avancées concernant les phénomènes ondulatoires singuliers.

L’étude de la propagation des ondes comporte en effet de nombreux défis en présence de singularités, aussi bien d’un point de vue expérimental que théorique ou numérique. Ces singularités peuvent-être de natures diverses : forte anisotropie du milieu, matériaux dont l’indice change de signe, présence de coins ou de fissures dans le domaine de propagation, comportement des ondes à haute fréquence… Cette édition (préparée par des chercheurs du LJAD et d’Inria) était la première à inclure largement les physiciens, grâce à la présence de chercheurs du Centre de Recherche sur l’Heteroepitaxie et ses Applications (CRHEA) et de l’Institut de physique de Nice (Inphyni).

Par ailleurs, ces évènements ont aussi incité le travail d'équipe et, l'interaction entre de jeunes étudiants et des chercheurs plus confirmés comme lors d’une session spécifique de l’école thématique « Waves and Complexity ».

Cette école qui a réuni environ 50 participants a proposé une session où des équipes de doctorants et de postdoctorants ont été invitées à présenter leur lecture collective d'articles de recherche ou des chapitres de livres fondamentaux à leurs pairs. Cette séance de travail s’est déroulée de manière informelle et, a favorisé une meilleure compréhension de leur littérature. Elle s’est également révélée être un exercice très constructif, tant pendant le temps de préparation que pendant le temps de présentation.
La préparation de cette session a fourni aux étudiants une excellente occasion de s'exercer au travail d'équipe, avec parfois des partenaires ayant une formation légèrement différente.

Au-delà, d’être un dispositif original de promotion de l'avancement des recherches, ce semestre a aussi été un moyen de consolider la coopération entre le CNRS et Université Côte d'Azur par la labellisation de l’école thématique.

En effet, le label octroyé par le CNRS a permis à l’école Waves And Complexity de bénéficier d'un financement supplémentaire de 12k€. Outre, l’apport financier, cette reconnaissance est aussi venue renforcer et compléter l'offre scientifique de formation de chaque organisme.

 

Au final, ce premier semestre thématique est un pari réussi. De mai à novembre 2022, un programme original et diversifié s’est déployé en vue d’animer une communauté interdisciplinaire qui se structure depuis plusieurs années à Université Côte d’Azur autour des phénomènes ondulatoires complexes. Au-delà, d’être un dispositif original de promotion de l'avancement des recherches, ce semestre a aussi été l'occasion de conforter les liens entre le CNRS et Université Côte d'Azur par la labellisation de l’école thématique.

• Retrouvez le programme complet et coordonné par l’équipe Wavecomplexity cliquant sur le lien suivant : https://wavecomplexity.univ-cotedazur.fr/announcements/thematic_season/

Et après ?

L’action semestre thématique s’est révélée être un levier efficace pour concourir à faire d’Université Côte d’Azur un acteur de premier plan dans les études relatives aux phénomènes ondulatoires complexes. Mais pas seulement. Avec ce travail d’animation scientifique le consortium Wavecomplexity visait aussi à promouvoir la spécificité du paysage de la recherche niçois.

En effet, Université Côte d’Azur possède une communauté unique sur la science des ondes. Sur le site, de nombreuses compétences sont réunies et, ce dans des domaines allant de l’optique à la sismologie, en passant par la physique atomique à l’hydrodynamique, de l’astrophysique à la biophysique puis, des mathématiques aux sciences computationnelles.

Lors d’un entretien accordé à l’Académie « Systèmes Complexes » Stéphane Barland de l’Institut de Physique de Nice et, co-pilote de l’initiative Wavecomplexity indiquait à ce propos : " En France, il y a une communauté du non linéaire ainsi qu’un GDR « ondes » où se mêlent avec succès les maths et la physique […] Par contre, au niveau international, il n’existe pour l’instant aucun grand centre universitaire transdisciplinaire dédié à la science des ondes depuis les échelles microscopiques aux échelles physiologiques et astronomiques. Notre action (Wavecomplexity) vise à promouvoir cette spécificité locale et à créer des ponts entre les disciplines. "
 

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Par ailleurs, en s’appuyant sur la richesse du paysage scientifique d’Université Côte d’Azur, les chercheuses et chercheurs de Wavecomplexity ont pour ambition de faire émerger une communauté centrée sur la question des ondes dotée d'une culture interdisciplinaire.

L’étude de la propagation des ondes soulève des problématiques scientifiques qui dépassent les frontières disciplinaires en raison de la variété des contextes dans lesquels ces phénomènes sont observés et, de la gamme des outils conceptuels que leur analyse nécessite.
Dans ce cadre, des formations transversales pour élargir la culture scientifique des doctorants sont proposées. Avec ces cours, l’idée est également d’encourager le partage d’expertises allant de l’observation en milieu naturel, à l'expérimentation en laboratoire, jusqu'à la modélisation mathématique et numérique.

Enfin, pour le consortium Wavecomplexity, la mise en place de ce semestre était aussi l’opportunité d’avancer sur un projet lié à la création d’un Institut dédié à la complexité des ondes.

La proposition de fonder une structure dédiée aux ondes est l’aboutissement d’une série de démarches préliminaires entreprises par divers acteurs de la communauté. Parmi les efforts précurseurs figure le projet WIMAG.  L’équipe de ce projet visait à identifier puis, rassembler les acteurs académiques et industriels impliqués dans des dispositifs d’imagerie dans le but de créer des synergies.

En 2019, le succès de la conférence Waves Cote d’Azur a assurément fait émerger la question des ondes. Cette manifestation centrée sur la non-linéarité et le désordre dans les phénomènes ondulatoires, avait attiré plus de 250 participants de 16 pays différents. En plus d’accroître le rayonnement d’Université Côte d’Azur, cet évènement a aussi fait prendre conscience aux chercheurs locaux qu’ils pouvaient être attractifs à plus grande échelle sur ce type d’étude.

Avec cet Institut, l’ambition est ainsi de consolider le rôle et la visibilité de l’établissement dans les études transdisciplinaires centrées sur la complexité des phénomènes ondulatoires pour les années à venir.

Tour d’horizon du semestre thématique " Ondes & Complexité "

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* Un budget de 70k€ de l’Académie « Systèmes Complexes »

* De mai à novembre 2022 : 1 école thématique, 2 ateliers et 1 conférence :
- Waves And Complexity school: Nonlinearity, complex phenomena and universality for waves - 15-20 mai 2022, IGESA, Ile de Porquerolles
- Workshop on Lasers, from nanoscale to PetaWatt - 6-9 septembre 2022, campus Valrose, Université Côte d’Azur
- Workshop on AI4Waves Workshop - 10-14 octobre 2022, Centre de recherche d’Inria, Université Côte d’Azur
- Journées Singulières - 2-4 novembre 2022, campus Valrose, Université Côte d’Azur

* Presque une dizaine de laboratoires d’Université Côte d’Azur impliqués dans l’organisation du semestre :
-    Institut de Physique de Nice (Inphyni)
-    Laboratoire d’astrophysique, de mécanique des fluides, de traitement du signal et images et d’instrumentation, J-L Lagrange,
-    Laboratoire géophysique, géologie, et d’astronomie, Géoazur
-    Le Centre d’Hétéro-Epitaxie et ses Applications (CHREA)
-    Centre de Recherche Inria
-    Laboratoire des Mathématiques & Interactions (LJAD)
-    Laboratoire d'Electronique, Antennes et Télécommunications (LEAT)
-    Laboratoire d’Astrophysique Artemis

* Une quarantaine d’orateurs internationaux :
-    Gideon Simpson, Drexel University (Pennsylvania, États-Unis)
-    Catherine Sulem, University of Toronto (Canada)
-    Jonathan Skipp, Aston University (Birmingham, Angleterre)
-    Miguel Onorato, Università di Torino (Italie)
-    Benno Willke, Max Planck Institute (Allemagne)
-    Jesper Moerk, DTU Research Database of the Technical University (Danemark)
-    Francesco Papoff, University Strathclyde of Glascow (Ecosse)
-    Christos Xenophontos, University of Cyprus (Chypre)
-    Markus Melenk, Technische Universität Wien, TUW (Autriche)
-    etc…

* 4 séjours d’experts invités :
- Pierre Delplace du laboratoire de physique de l'ENS Lyon et, spécialiste reconnu dans le domaine de la topologie et ses applications en physique et en géophysique.
Le 16 juin 2022, il a animé un cours d’introduction à la topologie essentiellement dédié aux étudiants de Master. La topologie, est une branche des mathématiques qui trouve de nombreuses applications dans le transport des ondes, notamment pour expliquer les propriétés de conduction de certains matériaux ou des courants marins. Ce cours avait notamment pour but de faire découvrir aux étudiants que le métier de chercheur est aussi fait d'apprentissage et d'interactions grâce auxquelles notre compréhension collective des phénomènes étudiés peut progresser.
- Dr. Lukas Slodicka du Département d'optique et du Laboratoire d'optique quantique de l’Université Palacký (Tchéquie) a séjourné à l'Institut de Physique de Nice fin juillet et début octobre 2022. Le 6 octobre 2022, il a donné une conférence doctorale sur l'introduction au piégeage d'ions et à l'opto-mécanique de spin quantique à un seul ion.
- Alexander O. Korotkevich, du Département de Mathématiques et Statistiques de l'Université du Nouveau-Mexique a séjourné à l'Institut de Physique de Nice et à l'Observatoire de la Côte d'Azur. Il a proposé des conférences pour les diplômés/doctorants sur les ondes non linéaires et leurs applications et la turbulence des ondes en novembre 2022 (dates ?)
- William Bethune de Tübingen (Allemagne) a séjourné au Laboratoire J-A Dieudonné et au Laboratoire Lagrange de juin à juillet 2022. L’astrophysicien travaille sur les transitions hydrodynamiques, les ondes inertielles et le contrôle optimal dans le contexte des disques astrophysiques. Il a offert une conférence sur la gravito-turbulence dans les disques d'accrétion le 1er juillet 2022.

* Labellisation de l’école thématique Waves and Complexity par le CNRS
- Octroi d’une subvention de 12k€

* Partenaires
- Fédération Doeblin
- CNRS
- J-L Lagrange
- Inria

 
Le semestre thématique « Ondes & Complexité » en images !