Mes recherches scientifiques

Je suis chercheur au CEA-Grenoble (Leti), hébergé au sein de l’Institut Néel (UPR-CNRS) dans l’équipe NOF (Nano Optic and Forces) ou je travaille au développement d’analogues classiques de la mécanique quantique.

Cette image représente une noctographie en couleur de Cédric Poulain.  On y voit un entrelas de lignes parallèles colorées de différentes largeurs formant une sorte de bruit aléatoire avec un léger dégradé coloré dans les tons chauds violet orangé.
Noctographie: Energie de point zéro, (2019) Cédric Poulain.

Mes publications récentes

MES PUBLICATIONS RECENTES:

En préambule, je tiens à dire ici que les publications qui sont listée ici sont le fruit de collaborations fortes avec divers collègues mais aussi le résultat du travail d’étudiants de M1, M2 et de doctorants ou postdoctorants sans lesquels aucune de ces publications n’aurait pu voir le jour. Je les en remercie encore.

Cet article présente un système mécanique classique (une bille enfilée sur une corde vibrante) dont nous montrons qu’il exhibe un comportement quantique. En particulier, nous montrons que la bille représente une forme d’analogue de la dualité onde-particule établie par Louis De Broglie.

Cet article s’intéresse à la force de radiation acoustique que subit une particule soumise et à une onde sonore. Nous montrons que la structure de cette force est analogue à une force de type inertielle ressemblant à une force de flottabilité. Tout se passe comme si le champ acoustique créait en quelque sorte un champ de gravitation d’origine acoustique accélérant l’objet grace aux gradients du champ. Encore une fois, l’objet immergé peut etre vu comme un défaut (d’élasticité et de densité) dans le champ d’ondes, il va donc subir une force liée à la diffusion de l’énergie acoustique sur ce défaut.

Cet article démontre la possibilité de créer des cavités acoustiques sub-longueur d’onde pour confiner des faisceaux de Bessel acoustique évanescents. Dit autrement, nous montrons qu’il est possible de créer des pinces acoustiques sous la forme de faisceaux de Bessel mais évanescents. On peut ainsi manipuler des bulles, des cellules et meme des bactéries au moyen d’ondes acoustiques de basse-fréquence (typiquement 50-100kHz).

Cet article s’intéresse aux figures de Chladni. Les figures de Chladni sont des motifs qui apparaissent par exemple lorsqu’une poudre fine est déposée sur une plaque vibrante. Il est connu depuis le 18ème siècle que les grains viennent s’aggréger selon les lignes nodales du champ. Les grains sont en effet soumis à une force de type radiation qui a tendance à concentrer les défauts du champ au sein des zones ou le champ est le plus faible (donc les noeuds de vibration). Dans cet article, nous montrons pour la première fois qu’il est possible de re-créer des figures de Chladni mais en milieu liquide. Nous montrons que les particules s’organisent alors en motifs dits inverses car les particules migrent vers les ventres (et non vers les noeuds) du champ. La raison essentielle est liée à la présence d’un champ évanescent qui maximise l’écoulement acoustique (on parle de « streaming ») pour lequel la dynamique de migration est donc différente.

Dans cet article, nous montrons que des ondes acoustiques permettent non seulement d’exercer des forces sur des particules ou des cellules (via la force de raidiation acoustique), mais aussi d’exercer des couples de radiation acoustiques donc de mettre en rotation (acoustic spinning) des particules et des cellules. Nous démontrons ainsi le piégeage et la rotation simultanée et controlée d’objets biologiques.

Dans cet article, nous nous intéressons à la dynamique d’évaporation d’un liquide sur un substrat. L’exemple archetypale est la goutte d’eau sur la table: comment se déroule l’évaporation et où sont localisés les échanges de matière? Nous apportons une réponse partielle à cette question au moyen d’une expérience analogue mais avec la question contraposée: comment se condense une bulle de gaz posée sur une paroi immergée dans un liquide? La question est donc quel est le « chemin » suivi par les molécules de gaz au sein du liquide? Pour cela nous avons développé une expérience permettant de visualiser par fluorescence les flux de CO2 dissous dans l’eau lorsqu’une bulle de CO2 se dissous dans l’eau.

Dans cet article, nous nous intéressons à l’ébullition, et notamment à l’ébullition nuclée: comment apparait la première bulle au sein d’un fluide surchauffé? En utilisant un micro-fil de platine comme élément chauffant dont on peut connaitre précisément à chaque instant la température, et au moyen d’une technique d’imagerie par video ultra-rapide, nous étudions la naissance de la première bulle au voisinage du fil dans un bain d’éthanol. Nous montrons que la bulle apparait très rapidement sous une forme sphérique et s’étend très rapidement le long du fil chauffé sous la forme de gaines de vapeur. En étudiant la signature acoustique de la croissance puis condensation de cette bulle, nous montrons que la température à laquelle se déclenche cette première bulle est la meme quelles que soient les conditions expérimentales et correspond à la température spinodale du liquide considéré.

Dans cet article nous nous intéressons à l’analogie entre ébullition et électrolyse. En particulier ici nous nous focalisons sur le phénomène de Caléfaction (ou effet Leidenfrost) qui apparait lorsqu’une goutte de liquide est déposée sur un substrat très chaud. On observe alors la lévitation de l’eau au dessus du substrat, médié par un film de vapeur très fin qui isole la goutte et lui permet de flotter au dessus de l’élément chaud tout en s’évaporant lentement. Ici, nous poussons l’analogie en nous demandant s’il serait possible de faire léviter une goutte de liquide avec une expérience dans laquelle le flux de chaleur serait remplacé par un courant (flux d’électron) et la différence de température par une différence de potentiel (tension électrique). On démontre qu’un tel régime est possible et que la goutte lévite alors sur un plasma !