Deux analogies basées sur la mécanique des fluides : de l'échelle cosmologique à l'échelle particulaire

Two analogues based on fluid mechanics : from cosmological to quantum scales

• Auteur / Autrice : Jean-Paul Martischang
• Direction : Michaël Baudoin, Benjamin Reichert, Alexis Duchesne
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Acoustique
• Date : Soutenance le 06/12/2024
• Etablissement(s) : Université de Lille (2022-....)
• Ecole(s) doctorale(s) : École graduée Sciences de l’ingénierie et des systèmes (Lille ; 2021-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut d'Electronique, de Microélectronique et de Nanotechnologie
• Partenaire(s) de recherche : Financeur : Université de Lille (2018-2021)
• Jury : Président / Présidente : Michael Le Bars
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Germain Rousseaux, Lorène Champougny
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Philippe Marmottant, Emmanuelle Rio

Mots clés

Mots clés contrôlés

Pression de radiation acoustique

Cosmologie

Dualité onde-corpuscule

Savon -- Couches minces

Gravitation

Mécanique des fluides

Mots clés libres

Analogies (physque)

Films de savon

Dipôle acoustique

Cosmologie

Dualité onde-Particule

Onde pilote

Analogs

Soap films

Acoustics

Cosmology

Wave-Particle duality

Pilot Wave

Résumé

En physique comme dans toute autre science, on peut considérer les analogies comme des ponts que l'on jette entre les différents domaines~; ainsi une expérience à l'échelle du laboratoire peut trouver un écho à l'échelle quantique ou à celle des galaxies. En décelant les similitudes qui caractérisent divers phénomènes en apparence très éloignés les uns des autres, on ouvre alors de nouveaux points de vue et une compréhension plus large des matières ainsi reliées. Dans cette thèse, nous proposons et étudions deux systèmes appartenant à la mécanique des fluides, et qui présentent des analogies avec, pour l'un, la gravitation newtonienne, et pour l'autre la mécanique quantique. Dans une première partie, nous explorons le comportement de lentilles liquides sur un film de savon horizontal. Dans notre cas, une lentille est l'objet en lequel se transforme une goutte d'eau ou d'huile déposée sur un film de savon. Amas liquide de diamètre relativement stable dans le temps, elle déforme sous son poids le film qui la soutient, et se trouve capable de s'y déplacer selon ces déformations. Nous montrons alors, en nous appuyant sur des résultats tant expérimentaux que théoriques, que deux de ces lentilles peuvent interagir entre elles, par le biais de la déformation du film qui les supporte, selon une loi analogue à celle de la gravitation. Leur fusion présente également des similitudes avec la collision de deux galaxies, simulée ou observée. Dans une seconde partie, nous étudions la capacité d'un dipôle acoustique à s'auto-propulser dans un milieu fluide. Le dipôle, déstabilisé via une légère perturbation de vitesse, émet en effet un champ qui peut appliquer à lui-même une force de radiation, que l'on qualifie d'auto-induite. Nous montrons que, sous certaines conditions, cette force est susceptible de propulser le dipôle source. Ce travail ouvre la voie à un système couplé onde / corpuscule, qui rejoint l'interprétation de l'onde pilote de la mécanique quantique.

In physics, as in other scientific disciplines, analogies can be seen as bridges that can be built between different fields. Thus, an experiment conducted on a laboratory scale may find an echo on the quantum or even galactic scale. By identifying the similarities between seemingly disparate phenomena, we open up new points of view and a broader understanding of the subjects in question. In this thesis, we propose and study two systems belonging to fluid mechanics, which respectively present analogies with Newtonian gravitation and quantum mechanics. In the first part, we explore the behaviour of liquid lenses on a horizontal soap film. In our case, a lens is the object formed by a droplet of water or oil upon being deposited on a soap film. As a liquid mass of relatively stable diameter over time, it deforms the supporting film under its weight and is able to move across it according to these deformations. Relying on both experimental and theoretical results, we show that two such lenses can interact through the deformations of the film, following a law analogous to that of gravitation. Furthermore, their merging process bears resemblance to the collision of two galaxies, either simulated or observed. In the second part, we investigate the ability of an acoustic dipole to self-propel in a fluid medium. When subjected to a slight velocity perturbation, the destabilised dipole emits a field that can exert a so called ''self-induced'' radiation force on itself. We show that, under certain conditions, this force can effectively propel the source dipole. This work paves the way for a coupled wave-particle system, which aligns with the pilot-wave interpretation in quantum mechanics.