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Centre Interdisciplinaire de Phénomènes Non-linéaires et de Systèmes Complexes [Center for Nonlinear Phenomena and Complex Systems] (Cenoli)
Faculté des Sciences - Physique
Faculté des Sciences - Chimie
Faculté des Sciences - Biologie moléculaire
Faculté des Sciences appliquées/école polytechnique - Chimie et Science des matériaux (unité ULB164)

La recherche en complexité apporte un point de vue unifié sur un grand nombre de phénomènes se manifestant dans les systèmes composés de sous-unités en interaction. Il s'agit d'une branche hautement interdisciplinaire et en plein essor de la science comptemporaine et constitue une interface privilégiée entre les mathématiques, la physique et la chimie d'une part, et les systèmes complexes du monde réel d'autre part, comme rencontrés notamment dans les sciences de la vie. Le Centre est consacré à la recherche sur les systèmes complexes et les disciplines connexes que sont la science du non-linéaire, la physique statistique, la thermodynamique, la chimie physique, la biologie des systèmes, et les techniques de simulations. Il contribue à la promotion de ces sujets par l'organisation de programmes de formation, d'échanges de chercheurs, de conférences, ainsi que par la participation à des projets nationaux et internationaux. Il est composé de chercheurs du corps académique de l'ULB, de mandataires permanents du FRS-FNRS, de chercheurs postdoctoraux et de doctorants. Il est attaché aux Départements de Physique, de Chimie et de Biologie des Organismes de la Faculté des Sciences, ainsi qu'au Département de Chimie et Science des matériaux de la Faculté des Sciences appliquées. [Complexity addresses from a unifying point of view a large body of phenomena occurring in systems composed of interacting subunits. It constitutes a highly interdisciplinary, fast-growing branch of science and provides a privileged interface between mathematical and physical science on the one side and real-world complex systems on the other, as encountered, in particular, in life sciences. The Center is devoted to research on complex systems and the related fields of nonlinear science, statistical physics, thermodynamics, physical chemistry, systems biology, and simulations techniques. It contributes to the promotion of these topics thanks to training and visitor programmes, meeting organization, and the participation to national and international projects. It is composed of researchers of the academic staff of ULB, permanent FRS-FNRS researchers, postdoctoral researchers and graduate students. It is attached to the departments of physics, chemistry and biology of organisms of the Faculty of Sciences, as well as to the department of chemistry and material science of the Faculty of Applied Sciences.]



coordonnées


Centre Interdisciplinaire de Phénomènes Non-linéaires et de Systèmes Complexes [Center for Nonlinear Phenomena and Complex Systems]
tel +32-2-650.55.35, fax +32-2-650.57.67, cenoli@ulb.ac.be
http://www.ulb.ac.be/cenoliw3/
Campus de la Plaine, bâtiment NO, niveau 5, local 2N5 205
CP231, boulevard du Triomphe, 1050 Bruxelles

Pour en savoir plus, consultez le site web de l'unité.



responsables


Prof. Pierre COLINET Prof. Jean-Louis DENEUBOURG Prof. Anne DE WIT Prof. Pierre GASPARD Prof. Norbert KRUSE Prof. Jean Claude LEGROS


composition


Cédric BARROO Vasileios BASIOS Hervé BAUDINE Igal BERENSTEIN Olivier BLES Audrey BOLOGNA Jean-Pierre BOON Pierre BORCKMANS Fabian BRAU Céline BRET Léa BRIARD Pierre BROLY Domenico BULLARA Alexandre CAMPO Manuela CAPELLO Jorge CARBALLIDO-LANDEIRA Alexandre DAUPHIN Frédéric DEBASTE Yannick DE DECKER Sam DEHAECK Claire DETRAIN Sélim DOUIEB Jörn-Holger FRANKE Thomas GILBERT Nathan GOLDMAN Nelido GONZALEZ-SEGREDO Patrick GROSFILS Jean-Luc GUISSET Carinne HANON Florence HAUDIN Benoît HAUT Imre HORVATH Juthamas KAMRAK Marcelle KAUFMAN Anais KHUONG Michel Olivier LAURENT René LEFEVER Lorena LEMAIGRE Vanessa LOODTS James LUTSKO Mamad MALEK MANSOUR Ceri MIDDLETON David MIKAELIAN Bortolo MOGNETTI Gregoire NICOLIS Odile PETIT Isaac PLANAS Alexey REDNIKOV Laurence RONGY Nacer SADOUN Benoit SCHEID Grégory SEMPO Alessia SIMONINI Benjamin SOBAC Cédric SUEUR Nathalie TARCHICHI Carelle THOMAS René THOMAS Etienne TOFFIN Loannis TSOUMPAS Thierry VISART David VOGEL Christophe WYLOCK Iwona ZIEMECKA


projets


Problèmes fondamentaux en recherche sur les systèmes complexes [Fundamental problems in complex systems research]
Les sujets d'intérêt actuel incluent la dynamique symbolique, les systèmes complexes comme générateurs ou processeurs d'information et une approche dynamique de la théorie de l'information prenant en compte le rôle des contraintes de non-équilibre. Cette approche est poursuivie à la fois à l'échelle macroscopique dans les systèmes dynamiques dissipatifs donnant lieu à une multiplicité des états et à des comportements chaotiques et à l'échelle moléculaire en relation avec les processus de copolymérisation avec ou sans matrice. Nos travaux apportent de nouvelles perspectives aux problèmes d'évolution sur base des lois fondamentales de la nature. D'autres aspects des systèmes complexes qui sont étudiés sont les propriétés probabilistes des événements récurrents et extrêmes dans les systèmes dynamiques déterministes et leur comparaison avec les prédictions de l'approche statistique classique. [Topics of current interest include symbolic dynamics, complex systems as information generators or information processors and a dynamical approach to information theory incorporating the role of of nonequilibrium constraints. This approach is pursued both in macroscopic-level dissipative systems giving rise to a multiplicity of states and to chaotic dynamics, as well as at the molecular level in connection with copolymerisation processes with or without template. Our studies provide new insights on evolution-related problems in the light of the fundamental laws of nature. Other aspects of complex systems studied are the probabilistic properties of recurrent and extreme events in deterministic dynamical systems and their comparison with the predictions of the classical statistical approach.]

Organisation spatio-temporelle [Spatio-temporal organization]
Les sujets d'intérêt incluent les systèmes physico-chimiques loin de l'équilibre, bifurcations par brisure de symétrie, structures dissipatives stationnaires ou dépendantes du temps, systèmes de réaction-diffusion en solution ou en catalyse hétérogène, couplages chimio-hydrodynamiques, organisation spatiale des populations de végétaux. Instabilités convectives dans les milieux poreux, instabilités chemo-hydrodynamiques aux interfaces, digitation visqueuse. [Topics of interest include far-from-equilibrium physico-chemical systems, symmetry breaking bifurcations, stationary or time-dependent dissipative structures, reaction-diffuison systems in solution or heterogeneous catalysis, chemo-hydrodynamic couplings, spatial organization of vegetal populations. Convective instabilities in porous media, chemo-hydrodynamic instabilities at interfaces, viscous fingering.]

Transferts de chaleur et de masse aux interfaces fluides [Heat and mass transfer through fluid interfaces]
Instabilités hydrodynamiques engendrées par effets de tension superficielle, convection de Marangoni-Bénard, instabilités interfaciales par évaporation de liquides volatiles, structures spatiales et ondes. [Hydrodynamic instabilities induced by surface tension effects, Marangoni-Bénard convection, interfacial instabilities by evaporation of volatile liquids, spatial patterns and waves.]

Dynamique non-linéaire des instabilités interfaciales [Nonlinear dynamics of interfacial instabilities]
Structures de convection et ondes aux interfaces, équation d'évolution non-linéaires, régimes faiblement et fortement non-linéaires. [Convection patterns and waves at interfaces, nonlinear evolution equation, weakly and strongly nonlinear regimes.]

Ecoulements de fluides complexes [Complex fluid flows]
Ecoulements de fluides multiphasiques. Influence de la gravité et des charges électriques sur le transfert de masse et de chaleur dans les liquides et aux interfaces. Ecoulements thermocapillaires, ondes hydrothermiques ou de surfaces. Instabilités convectives oscillatoires et chaotiques, structures spatio-temporelles. Microfluidique. [Multiphasic fluid flows. Influence of gravity and electric charges on mass and heat transfers in liquids and at interfaces. Thermocapillary flows, hydrothermal or surface waves. Oscillatory and chaotic convective instabilities, spatio-temporal structures. Microfluidics.]

Mécanique statistique de non-équilibre et théorie du transport [Nonequilibrium statistical mechanics and transport theory]
Nous étudions l'émergence de processus de transport tels que la diffusion, la viscosité ou la conduction de chaleur à partir du mouvement microscopique des atomes et des molécules composant la matière. Nos travaux portent sur le passage depuis les échelles microscopiques jusqu'aux processus macroscopiques grâce aux descriptions mécaniques et stochastiques des échelles mésoscopiques et permettant d'obtenir des expressions exactes pour les coefficients de transport et autres propriétés cinétiques. Nous avons un projet en cours sur la conduction de chaleur dans une classe de billards à plusieurs particules. L'existence de la conductivité thermique est démontrée, le coefficient correspondant est calculé par des méthodes analytiques dans des limites appropriées et la production d'entropie thermodynamique est déduite des modes hydrodynamiques. Des méthodes de la théorie cinétique comme l'équation de Vlasov sont aussi développées pour des modèles de microplasmas et des systèmes auto-gravifiques. [We study the emergence of transport processes such as diffusion, viscosity, or heat conduction from the microscopic motion of the atoms and molecules composing matter. We aim at bridging the gap separating the micro- from the macroscale, thanks to appropriate mechanistic and stochastic descriptions holding at mesocopic scales and allowing one to derive exact expressions for the transport coefficients and other kinetic properties. We have an ongoing project on heat conduction in a class of many-particle billiards, one of the main challenges in modern nonequilibrium statistical mechanics. The existence of heat conductivity is demonstrated, the associated coefficient is calculated by analytical methods in appropriate limits and the thermodynamic entropy production is deduced from the hydrodynamic modes. Methods of kinetic theory such as Vlasov equation are also developed for models of microplasmas and self-gravitating systems.]

Systèmes quantiques complexes [Complex quantum systems]
L'origine de la relaxation, de la décohérence, du transport, et des processus stochastiques dans les systèmes quantiques en contact avec des réservoirs est étudiée avec le développement de méthodes semiclassiques de quantification des systèmes classiquement chaotiques et pour la statistique des niveaux d'énergie. De plus, les propriétés de transport quantique sont étudiées telles que la conductivité transverse dans les gaz fermioniques ultra-froids et les phases topologiques de la matière quantique. [The origin of relaxation, decoherence, transport, and stochastic processes in quantum systems in contact with external reservoirs is addressed along with the development of semiclassical methods for the quantization of classically chaotic systems and the statistics of energy levels. Furthermore, quantum transport properties are studied such as the transverse conductivity in ultra-cold fermionic gases and topological phases of quantum matter.]

Thermodynamique de non-équilibre, théorie des fluctuations et processus stochastiques [Nonequilibrium thermodynamics, fluctuation theory and stochastic processes]
Fluctuations autour des états de non-équilibre. Des approches thermodynamiques et stochastiques à l'origine de l'asymétrie temporelle des systèmes de non-équilibre et de leurs fluctuations et formulations de la seconde loi de la thermodynamique dans les petits systèmes affectés par les fluctuations thermiques et moléculaires sont développées. D'un intérêt particulier sont les propriétés de grandes déviations des fluctuations de non-équilibre en relation avec les propriétés chaotiques et fractales des systèmes dynamiques présentant des processus de transport comme la diffusion, menant aux théorèmes de fluctuations et aux statistiques de comptage des flux de particules et d'énergie à travers les systèmes ouverts. [Fluctuations around nonequilibrium states. Thermodynamic and stochastic approaches to the origin of the time asymmetry in nonequilibrium systems and their fluctuations and formulations of the second law of thermodynamics in small systems affected by thermal and molecular fluctuations are being developed. Of special interest are large-deviation properties of nonequilibrium fluctuations in relation with the chaotic and fractal properties of dynamical systems sustaining transport processes such as diffusion, leading to the dérivation of fluctuation theorems and counting statistics of particle and energy fluxes across open systems.]

Théorie non-classique de la nucléation [Non-classical nucleation theory]
La nucléation des cristaux est étudiée dans de grandes classes de matériaux présentant des phases métastables intermédiaires tels que les colloïdes, les protéines ou les zéolites. En utilisant une approche microscopique basée sur la Théorie de la Fonctionnelle de Densité (TFD) combinée à une approche mésoscopique avec deux paramètres d'ordre (densité et cristallinité), nous avons démontré que la nucléation procède souvent en plusieurs étapes d'une manière non-standard qui tend à augmenter le taux du processus global. [Nucleation of crystals is studied in large classes of materials presenting intermediate metastable phases such as colloids, proteins or zeolites. Using a microscopic approach based on Density Functional Theory (DFT) along with a mesoscopic approach featuring two order parameters (density and crystallinity) we have demonstrated that nucleation often proceeds in a non-standard, multi-step fashion which tends to enhance the rate of the overall process.]

Physique de non-équilibre dans les nanosciences, la chimie physique, la biophysique, la science des surfaces et la catalyse hétérogène [Nonequilibrium physics in nanosciences, chemical physics, biophysics, surface science and heterogeneous catalysis]
Les méthodes développées en mécanique statistique de non-équilibre et la théorie des processus stochastiques sont appliquées à des systèmes mésoscopiques spécifiques. Au-delà de la nucléation, nous étudions des systèmes chimiques bistables de taille nanométrique, à la fois théoriquement et expérimentalement (microscopie à effet de champ ionique et catalyse hétérogène), l'émergence de structures nanométriques provenant de l'interférence entre des processus de non-équilibre et des phénomènes critiques d'équilibre, l'auto-organisation dans les gels avec réponse mécanique à des réactions chimiques auto-catalytiques, des descriptions par équations maîtresses au-delà du champ moyen, l'émergence de fluctuations inhomogènes anomales. D'un intérêt spécial est le comportement intelligent de nanosystèmes en conséquence de leur fonctionnement hors d'équilibre dans des applications aux actuateurs nanomécaniques utilisant des nanotubes de carbone comme axe, des moteurs moléculaires, des processus de copolymérisation comme la réplication de l'ADN, ou des circuits électroniques mésoscopiques. La dissipation d'énergie dans les régimes de non-équilibre en relation avec leurs propriétés thermodynamiques et de transport sont aussi analysées. [The methods developed in nonequilibrium statistical mechanics and the theory of nonequilibrium stochastic processes are applied to selected mesoscopic systems. Besides nucleation, we study nanometric bistable and oscillatory chemical systems , both theoretically and exparimentally (field ion microscopy & heterogeneous catalysis), the emergence of nanoscale patterns arising from the interference between nonequilibrium processes and equilibrium critical phenomena, self-organization in gels with mechanical response to autocatalytic chemical reactions, mean-field versus master equation descriptions, emergence of anomalous inhomogeneous fluctuations. Of special interest is also the smart behavior of nanosystems as a consequence of their functioning out of equilibrium with applications to nanomechanical actuators using carbon nanotubes as their shaft, molecular motors, copolymerization processes such as DNA replication, or electronic nanodevices. Energy dissipation in nonequilibrium regimes in relation with their transport and thermodynamic properties is also analyzed.]

Physique statistique computationnelle [Computational statistical physics]
Dynamiques moléculaires. Simulations stochastiques. Thermodynamique à l'échelle mésoscopique. Modélisation et théorie des systèmes de polymères. [Molecular dynamics. Stochastic simulations. Mesoscale thermodynamics. Modeling and theory of polymer systems.]

Biologie théorique et computationnelle [Theoretical and computational biology]
Propriétés génériques des mécanismes de régulation en biologie. Réseaux de régulation génétiques et immunitaires. [Generic properties of regulation mechanisms in biology. Immune and genetic regulatory networks.]

Biologie des comportements [Behavioral biology]
Organisation des sociétés animales. Expérimentation et modélisation des comportements collectifs. Sociétés de robots. Sociétés mixtes animaux-robots. [Organization of animal societies. Experiment and modeling of collective behaviors. Societies of robots. Mixed societies of animals-robots.]



mots clés compréhensibles déclarés


auto-organisation dynamique non-linéaire processus aléatoires réseaux de régulation systèmes complexes


disciplines et mots clés déclarés


Biologie Biologie théorique Biophysique Catalyses hétérogène et homogène Chimie des surfaces et des interfaces Chimie théorique Ethologie Ethologie appliquée Mécanique Mécanique des fluides Mécanique quantique classique et relativiste Physico-chimie générale Physique de l'état condense [struct., électronique, etc.] Physique des phénomènes non linéaires Physique statistique classique et relativiste Processus stochastiques Théorie de l'information Thermodynamique statistique Transfert de chaleur

atomes ultrafroids auto-organisation chaologie quantique chaos chaos dynamique chimie physique circuit de rétroaction communication conductivité thermique couplages chimio-mécaniques description probabiliste diffusion dynamique non-linéaire ecologie sociale equation de Langevin fluctuations formes normales fourmis homoclinicité méthodes de Monte-Carlo méthodes semiclassiques nanoscience nucléation phases quantiques topologiques phénomènes atmosphériques phénomènes non-linéaires physico-chimie physique des fluides physique des surfaces prédiction processus stochastiques structure spatiale systèmes complexes thermodynamique