Dynamics of long range interacting systems beyond the Vlasov limit

par Jules Morand

Thèse de doctorat en Physique statistique - Systèmes complexes

Sous la direction de Michael Joyce.

Soutenue le 02-12-2014

à Paris 6 , dans le cadre de École doctorale Physique en Île-de-France (Paris ; 2014-....) , en partenariat avec Laboratoire de Physique Nucléaire et de Hautes Énergies (laboratoire) .

Le jury était composé de Stefano Ruffo, Julien Barre, Régine Perzynski, Angel Alastuey, Emmanuel Trizac.

  • Titre traduit

    Dynamique des systèmes à longue portée au delà de la limite de Vlasov


  • Résumé

    Les interactions à longue portée concernent de nombreux systèmes naturels. Un exemple notable est celui de la gravitation newtonienne qui est pertinent dans le cas de l'étude de systèmes d'étoiles ou d'amas de galaxies. Ces systèmes ont notamment la particularité de ne pas respecter l'additivité des potentiels thermodynamiques et présentent une dynamique dominée par les effets collectifs. Une caractéristique remarquable est qu'après une évolution très rapide, ces systèmes restent piégés dans des états quasi-stationnaires pendant un temps qui peut être extrêmement grand (divergeant avec la taille du système). C'est seulement sur des échelles de temps plus longue que les simulation montre que ces systèmes relaxent à l’équilibre thermodynamique.Les états quasi-stationnaire sont interprétés théoriquement comme les solution stationnaires de l'équation de Vlasov. Cette équation de champs moyen représente un très bonne approximation de la dynamique macroscopique des systèmes en interaction à longue portée dans la limite ou le nombre de particule tend vers l'infini. Dans une premier temps, nous nous attacherons à comprendre, en fonction de la portée de la force de paire et de sa régularisation à court distance, quel est le champs de validité de cette équation, et en particulier, dans quelle cas le phénomène d'état quasi-stationnaire est attendu.Dans une seconde partie, combinant les approches théoriques et numériques, nous étudions la modification de la dynamique des systèmes à longue portée soumis à différentes sortes de perturbation non-Hamiltonienne. La robustesse des états quasi-stationnaires en présence des différentes perturbation est analysée en détails.


  • Résumé

    Long range interactions concern numerous natural systems. A notable example is the one of the gravitation which is relevant in the case of the study of a stars system or galaxy clusters. In particular, these systems does not respect the additivity of thermodynamical potential and present a dynamics dominated by collective effects. One of the most remarkable feature is that, after a very rapid evolution, these systems remains trapped into quasi-stationary states up to a very long time (diverging with the system size). It is only on longer time scales, that simulations have shown that the system relaxes to thermal equilibrium.Quasi-stationary states are theoretically interpreted as solutions of the Vlasov equation. This mean filed equation represents a very good approximation of the dynamics of long range systems in the limit of a large number of particles. Firstly we give a limit on the validity of the Vlasov equation depending of the range of the pair force and on its short scales regularisation. In a second part, using theoretical an numerical approach, we study the modification of the dynamics of long range systems when subjected to different kinds of non-Hamiltonian perturbations. In particular, the robustness of quasi-stationary states, in presence of this different perturbations is analysed in details.


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