Propagation de fronts d’onde chimique en écoulement désordonné

Front propagation of chemical wave disorderly flow

• Auteur / Autrice : Séverine Atis
• Direction : Dominique Salin
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique de la matière condensée
• Date : Soutenance en 2013
• Etablissement(s) : Paris 6

Mots clés

Mots clés contrôlés

Phénomènes critiques (physique)

Ordre et désordre (physique)

Réactions chimiques périodiques

Résumé

La propagation d'ondes de réaction constitue un exemple générique d'auto-organisation dans les systèmes de réaction-diffusion. Générées par une réaction chimique non-linéaire, ces fronts auto-entretenues peuvent être observés dans de nombreux systèmes comme la croissance de colonies de bactéries ou lors de la propagation de fronts de combustion. Dans ce travail de thèse, nous aborderons la question de l'effet d'un écoulement hétérogène sur la propagation d'un front de réaction. Dans le cas d'un courant moyen de sens opposé à celui de la réaction chimique, le couplage d'un tel système de nature auto-entretenue, avec un écoulement désordonné, peut conduire à l'apparition spontanée de motifs triangulaires statiques. Nous montrerons quelles sont les mécanismes à l'origines de la formation de ces états ``gelés'' des fronts de réaction. Nous montrerons ensuite, l'existence de fluctuations en loi d'échelles sur les fronts de réaction. Nous déterminerons les exposants de rugosité et de croissance associés à ces structures. Ces fronts d'onde chimique peuvent par ailleurs présenter une dynamique de nature critique, matérialisée par l'apparition de phénomènes d'avalanches. Nous montrerons que ces évènements possèdent des propriétés fractales à l'approche d'un point de transition cinématique. Enfin, un mécanisme de croissance associé au modèle KPZ, sera présenté pour expliquer le facettage des fronts chimiques observés.

Reaction waves are an example of self-organization in reaction-diffusion systems. Generated by a nonlinear chemical reaction, these self-sustained fronts are observed in numerous systems such as in bacterial colony growth or flame fronts propagation. In this work, we have investigated the coupling between heterogeneous fluid flow and autocatalytic reaction fronts. When the mean flow opposes the chemical reaction direction, static fronts, with a specific triangular shape can appear. We will show the mechanism at the origin of these frozen pattern formation. We will then show that these reaction fronts exhibit power law spatial fluctuations. We will determine the roughness exponents associated with these structures. These fronts can also display a critical behavior through the onset of burst-like events called avalanches. We will show that these events exhibit fractal properties when approaching a dynamical phase transition. Finally, the faceted morphology of the fronts will be explained through a KPZ-like growth process.