Curriculum Vitae - APC - Université Paris Diderot-Paris 7

Chers collègues,
Lettre de motivation pour la demande de CRCT de Mathilde Badoual
Paris, le 30/04/12
J’ai été recrutée en septembre 2002 et durant les dix années passées en tant que Maître de
conférence dans l’équipe modélisation du laboratoire IMNC (qui n’existe en tant que tel
depuis janvier 2006), j’ai développé des modèles sur l’invasion des cellules cancéreuses dans
le cadre des tumeurs cérébrales. La dissémination de cellules cancéreuses individuelles dans
le parenchyme, loin du cœur de la tumeur, rend la récidive de ces tumeurs après chirurgie
quasiment inévitable. La modélisation peut permettre de mieux apprécier la véritable
extension de ces tumeurs, de prévoir l’évolution après traitement, et plus généralement, de
mieux comprendre les paramètres importants du développement tumoral.
Nous avons conçu un modèle à partir d’expériences de biologie sur l’influence des jonctions
communicantes dans la migration des cellules, sur différents substrats. Notre modèle a mis en
évidence les propriétés d’adhésion des jonctions communicantes et leur rôle facilitateur
d’invasion lorsque des jonctions se forment entre les astrocytes tumoraux et les astrocytes
sains du substrat d’une tranche de cerveau. De façon plus générale, un nombre croissant
d’études révèle le rôle actif du substrat dans lesquels les cellules migrent.
Afin de poursuivre cet axe de recherche prometteur sur les cellules tumorales en migration et
leurs interactions avec le substrat, j’ai pour projet de développer in vitro une matrice
extracellulaire modèle, en trois dimensions, permettant de reproduire le plus fidèlement
possible celle qui existe in vivo chez l’homme, pour étudier la migration de cellules
cancéreuses et la formation de métastases. L’originalité de ce travail réside dans le fait que si
pour l’instant les modèles murins sont largement utilisés pour l’étude des tumeurs, il n’existe
pas de modèle humain de développement tumoral. Un tel modèle me permettrait d’obtenir des
données de migration pour ensuite alimenter nos modèles physiques.
Le laboratoire IMNC dispose du savoir-faire nécessaire en terme de culture de cellules et
d’imagerie, mais moins en ce qui concerne la partie ingénieurie de la matrice et implantation
des différents types de cellules. Je voudrais donc partir un an, à l’Université de Virginie, aux
Etats-Unis, afin d’acquérir tous les savoir-faire expérimentaux nécessaires. J’ai eu l’occasion
de rencontrer le professeur A. Horwitz (University of Virginia, Department of Cellular
Biology), spécialiste de la migration cellulaire et d’imagerie optique, qui m’a proposé de
venir travailler dans son laboratoire en tant que visiting assistant professor. Je travaillerais
également en collaboration avec le professeur J. Parsons (University of Virginia, Cancer
Center), spécialiste de l’adhésion cellulaire dans la migration de cellules tumorales et dans la
formation des métastases.
Cette année est importante pour moi, comme pour l’équipe Modélisation : nous nous sommes
rendus compte qu’il est très difficile d’établir des collaborations avec des biologistes
travaillant sur le cancer, dans un but de modélisation des données.

Mon séjour devrait me permettre d’obtenir de nombreuses données sur la migration de
cellules cancéreuses dans des matrices en 3 dimensions et sur leurs interactions avec des
cellules de cette matrice, que nous pourrons exploiter à mon retour, au sein du laboratoire
IMNC. Nous pourrons développer un modèle tout d’abord discret, bien adapté aux
expériences de biologie cellulaire, puis en passant à la limite continue, extrapoler à un grand
nombre de cellule pour prévoir l’effet sur une tumeur entière.
De plus, j’établirai une nouvelle collaboration internationale pour l’équipe, et je devrais
continuer à obtenir de nouvelles données même après mon retour.
Plus personnellement, une année de CRCT me permettrait de renforcer la double compétence
expérimentale et théorique que j’avais acquise durant mon doctorat sur les moteurs
moléculaires. Pour une modélisatrice, l’immersion dans les expérimentations est en effet
primordiale non seulement pour acquérir des données indispensables à la confrontation du
modèle avec la réalité biologique mais également pour utiliser les modélisations comme force
de proposition pour de nouvelles expérimentations. Ainsi, je devrais acquérir des savoir-faire
dans des expériences de migration de cellules tumorales (fabrication de sphéroïdes,
implantation dans des gels de collagène, imagerie optique etc…) qui vont me permettre de
renouer avec les expériences d’une part et éventuellement à terme, de développer un nouvel
axe de recherche expérimental, en collaboration avec l’équipe Imagerie per-opératoire du
laboratoire.
J’ai fait la demande également d’une année de délégation CNRS et de CRCT au CNU. Pour
l’instant, je n’ai pas eu de réponse, mais bien sûr, je vous informerai si j’obtiens l’un ou
l’autre, pour 6 mois ou pour un an.
Cordialement
Mathilde Badoual

Recherche
Depuis 2004, je travaille sur deux thèmes de recherche:
- la modélisation de croissance de tumeurs
- la modélisation de croissance de colonies de bactéries
Avec Basile Grammaticos, nous avons encadré la thèse de Marine Aubert (septembre 2005juin
2008) sur la modélisation de la migration de cellules tumorales. Nous disposions de
données expérimentales sur la migration de cellules tumorales issues de gliomes, en 2D et en
3D, sur différents substrats (collaboration: Christo Christov, hopital Henri Mondor). Nous
avons développé un modèle basé sur un automate cellulaire, qui reprduisant bien les resultants
expérimentaux. Notamment, nous avons mis en valeur grace au modèle, l’aspect d’adhésion
mal connu des junctions communicantes qui se forment entre les cellules tumorales en
migration, mais également entre cellules tumorales et cellules de meme type, saines, dans le
subtrat. Cette adhésion avec les cellules saines du substrat semble favoriser la migration des
cellules tumorales. Notre modèle prévoit que l’inhibition de ces junctions permettrait de
réduire l’invasion à l’échelle d’une tumeur et donc d’augmenter l’espérance de vie des
patients.
Nous avons poursuivi nos activités dans ce domaine par une étude plus clinique, en
collaboration avec des médecins de l’Hopital Sainte-Anne à Paris avec la thèse de Chloé
Gerin (octobre 2009-septembre 2012). Nous modélisons les gliomes de bas-grade par une
equation de diffusion-prolifération. Ce modèle prévoit une vitesse constante d’expansion du
rayon de la tumeur à temps long, ce qui est cliniquement observé. Nous avons utilisé ce
modèle pour remonter à la date de naissance de ces tumeurs. Nous en avons déduit l’age
moyen des patients au moment de l’apparition de la tumeur.
Nous avons mis en évidence deux populations de tumeurs : une première dont la vitesse de
croissance radiale est très faible (entre 0.5 et 2 mm/an), qui apparaissent vers 15 ans et une
seconde dont la vitesse est entre 2 et 4 mm/an), qui apparaissent vers 20 ans. Il serait
maintenant intéressant d’étudier si ces deux populations correspondent à deux types de
tumeurs de tumeurs biologiquement différents (par exemple avec des mutations différentes) et
qui pourraient répondre à des traitements différents par exemple.
Nous analysons également des lames histologiques provenant de biopsies étagées de patients
atteints de gliomes de bas-grade, afin mieux comprendre quels sont les profils de densité
cellulaire, de prolifération, d’oedème associés à ces tumeurs.
Plusieurs stagiaires (Patrick Derbez, stagiaire L3; Xavier Mézanges, stagiaire M2) ont
travaillé sur le thème de la croissance de colonies de bactéries. L’objectif est de déveloper des
modèles biophysiques de migration et de proliferation des bactéries, permettant de reproduire
des résultats expérimentaux comme le diagramme morphologique: les colonies de bactéries
ont des formes très différentes lorsque l’on fait varier la concentration d’agar du milieu ainsi
que la concentration en nutriments. Cinq formes ont notamment été identifiées (forme
compact, en anneaux, diffuse, branches fines et branches épaisses). Aucun modèle n’avait
jusqu’à present réussi à reproduire de manière satisfaisante les cinq formes du diagramme.
Activités administratives:

- Membre du Conseil Scientifique de l'UFR de physique de l'Université Paris 7
- Coresponsable de la spécialité Physique et Systèmes Biologiques depuis mai 2010
Enseignements:
2010-2012: Cours et travaux dirigés Interface Physique Biologie, L1 (UFR SNV)
2010-2012: Travaux dirigés et pratiques, Informatique pour physiciens, L2
2010-2012: Travaux dirigés Optique Ondulatoire, L3
2007-2009: Cours d'option Interface Physique Biologie, M1
2004-2009: Travaux pratiques au D.E.A. Interfaces Physique Biologie, M2
Encadrement :
- Coencadrement de la thèse de M. Aubert (2005-2008): ``Modélisation de la migration de
cellules tumorales : évolution in vitro de sphéroides de cellules issues de glioblastomes'', thèse
de doctorat de l'Université Paris Diderot-Paris 7.
- Encadrement de la thèse de Chloé Gerin (2009-2012): ``Modélisation de la croissance de
gliomes de bas-grade et analyse de lames histologiques''
- Encadrement de stagiaires:
2009: 2 stagiaires de L3 (6 semaines), 1 stagiaire de M2 (3 mois)
2008: 2 stagiaires de M1 (2 mois)
2005: 1 stagiaire de M2 (3 mois)
2004: 1 stagiaire de M1 (2 mois)
Liste de publications (depuis 2008):
[1] X. Mezanges, C. Regeard, C. Gerin, C. Deroulers, B. Grammaticos, and M. Badoual,
Modelling the role of water in Bacillus subtilis colonies, 2012, Phys.Rev. E, in press.
[2] Gerin C, Pallud J, Grammaticos B, Mandonnet E, Deroulers C, Varlet P, Capelle L,
Taillandier L, Bauchet L, Duffau H, Badoual M, 2012, Improving the time-machine:
estimating the date of grade II gliomas, Cell Proliferation, 45, 76-90.
[3] Nishiyama A, Tokihiro T, Badoual M, Grammaticos B, 2010, Modelling the morphology
of migrating bacterial colonies, Physica D, 239, 1573.

[4] Badoual M, Deroulers C, Aubert M, Grammaticos B, 2010, Modelling intercellular
communication and its effects on tumour invasion, Phys Biol., 7, 046013.
[5] Pallud J, Varlet P, Devaux B, Geha S, Badoual M, Deroulers C, Page P, Dezamis E,
Daumas-Duport C, Roux FX, 2010, Diffuse low-grade oligodendrogliomas extend beyond
MRI-defined abnormalities, 74, 1724-31.
[6] Pallud J, Mandonnet E, Deroulers C, Fontaine D, Badoual M, Capelle L, Guillet-May F,
Page P, Peruzzi P, Jouanneau E, Frenay M, Cartalat-Carel S, Duffau H, Taillandier L, 2010,
Pregnancy increases the growth rates of World Health Organization grade II gliomas., Ann
Neurol., 67, 398-404.
[7] Deroulers C, Aubert M, Badoual M, Grammaticos B., 2009, Modeling tumor cell
migration: From microscopic to macroscopic models, Phys Rev E, 79, 031917.
[8] Badoual M., Derbez P., Aubert M., Grammaticos B., 2009, Simulating the migration and
growth of Bacillus subtillis, Physica A, 388, 549-559.
[9] Aubert M, Badoual M, Grammaticos B., 2008, A Model for Short- and Long-range
Interactions of Migrating Tumour Cell, Acta Biotheor., 56, 297-314.
[10] Aubert M, Badoual M, Christov C, Grammaticos B., 2008, A model for glioma cell
migration on collagen and astrocytes, J R Soc Interface, 5:75-83.
Interventions orales invitées à des conférences/colloques :
- Badoual M, Prédire la ``date de naissance'' d'un GGII par la modélisation, Réunion
nationale du Réseau d'étude des gliomes, 21-22 janvier 2011, au Centre Hospitalier Sainte-
Anne (Paris).
- Gerin C, Deroulers D, Varlet P. , Pallud J., Badoual M., étude quantitative de biopsies
étagées de gliomes en vue d'une modélisation mathématique, Lames virtuelles, intérets et
perspectives en pédagogie et en recherche; Hopital Saint-Louis, Paris.
- Badoual M., Estimating the onset time of low-grade gliomas with a mathematical model,
International Workshop « Mathways into cancer », 4-6 juin 2012
Organisation de conférences/colloques :
Organisation d'une journée thématique du GDR STIC Santé : ``Modèles mathématiques et
imagerie en cancérologie'' , 2 décembre 2010, Université Paris 7.
Interventions orales récentes dans des conférences/colloques :
- Un modèle pour remonter le temps des gliomes de bas-grade, Congrès général de la Société
Française de Physique, 4-8 juillet 2011, Bordeaux.
- A ``go or grow'' model based on cell interactions in brain tumours, International Conference
on Mathematical Biology and Annual Meeting of the Society for Mathematical Biology, 27-
30 juillet 2009, Vancouver.

- A ``go or grow'' model with cell-cell interactions, The joint 5th international conference on
tumor microenvironment 2009, Versailles.
- Modeling glioblastoma with cell-cell and cell-substrate interactions, The Society for
Mathematical Biology Conference 2008, Toronto.
Séminaires :
- From cells to tumours: the case of invasive brain tumours, 4 janvier 2011, EMBL,
Heideleberg, Allemagne.
- Modélisation de la migration de cellules tumorales, 1ères rencontres Buffon-Condorcet,
septembre 2009.

Curriculum Vitae
Adresse: 22, avenue des Cottages, 92340 Bourg-La-Reine
Date de naissance: 04/11/1973 (Nationalité française)
Email: badoual@imnc.in2p3.fr
Tel: 0661348435
Position actuelle:
Depuis 2002: Maître de conférences de l’Université Paris 7
Sujets de recherche:
Modélisation de processus biologiques:
- Croissance de tumeurs
- Migration cellulaire
- Formation de colonies de bactéries
Diplômes:
-Habilitation à diriger des recherches, Université Paris 7 - Doctorat de l’Université
Paris 7 - D.E.A. Interfaces Physique-Biologie - Aggrégation de Physique (1998)
Expériences professionnelles:
2001-2002 : Demi poste d’ATER à l’Université Paris 7, au laboratoire UNIC, 1
avenue de la Terrasse, Gif sur Yvette
Activité de recherche: modélisation en neurosciences
1998-2001: Doctorat de l’Université Paris 7: “Etude expérimentale et théorique
du comportement collectif et individuel de moteurs moléculaires”, sous la direction de
Jacques Prost, laboratoire Physico-chimie Curie, 11 rue Pierre et Marie Curie, Paris.
Formation:
1994-1998: Licence et maitrise de physique (ENS Cachan)
Activités administratives:
- Membre du Conseil Scientifique de l’UFR de physique de l’Université Paris 7
- Coresponsable de la spécialité Physique et Systèmes Biologiques depuis mai 2010
Enseignement:
2010-2012: Cours et travaux dirigés Interface Physique Biologie, L1 (UFR SNV)
2010-2012: Travaux dirigés et pratiques Informatique pour physiciens, L2
2010-2012: Travaux dirigés Optique Ondulatoire, L3

Curriculum Vitae 2
2007-2009: Cours d’option Interface Physique Biologie, M1
2004-2009: Travaux pratiques au D.E.A. Interfaces Physique Biologie, M2
2001-2003: Travaux dirigés biophysique, L2 (UFR SNV)
2001-2003: Travaux dirigés et pratiques de mécanique, L1
1998-2001: Travaux dirigés en PCEM (monitorat de l’Université Paris 7)
Encadrement :
- Coencadrement de la thèse de M. Aubert (2005-2008): “Modélisation de la
migration de cellules tumorales : évolution in vitro de sphéroides de cellules issues
de glioblastomes”, thèse de doctorat de l’Université Paris Diderot-Paris 7.
- Encadrement de la thèse de Chloé Gérin (2009-..): “Modélisation de la croissance
de gliomes de bas-grade et analyse de lames histologiques”
- Encadrement de stagiaires:
2009: 2 stagiaires de L3 (6 semaines), 1 stagiaire de M2 (3 mois)
2008: 2 stagiaires de M1 (2 mois)
2005: 1 stagiaire de M2 (3 mois)
2004: 1 stagiaire de M1 (2 mois)
Publications dans des revues à comité de lecture :
[1] X. Mezanges, C. Regeard, C. Gerin, C. Deroulers, B. Grammaticos, and M.
Badoual, 2012, Modelling the role of water in Bacillus subtilis colonies, Phys. Rev. E,
in press.
[2]GerinC,PalludJ,GrammaticosB,MandonnetE,DeroulersC,VarletP,Capelle
L, Taillandier L, Bauchet L, Duffau H, Badoual M, 2012, Improving the time-machine:
estimating the date of grade II gliomas, Cell Proliferation, 45, 76-90.
[3] Nishiyama A, Tokihiro T, Badoual M, Grammaticos B, 2010, Modelling the
morphology of migrating bacterial colonies, Physica D, 239, 1573.
[4] Badoual M, Deroulers C, Aubert M, Grammaticos B, 2010, Modelling
intercellular communication and its effects on tumour invasion, Phys Biol., 7, 046013.
[4] Pallud J, Varlet P, Devaux B, Geha S, Badoual M, Deroulers C, Page P, Dezamis
E, Daumas-Duport C, Roux FX, 2010, Diffuse low-grade oligodendrogliomas extend
beyond MRI-defined abnormalities, 74, 1724-31.
[5] Pallud J, Mandonnet E, Deroulers C, Fontaine D, Badoual M, Capelle L,
Guillet-May F, Page P, Peruzzi P, Jouanneau E, Frenay M, Cartalat-Carel S, Duffau H,
Taillandier L, 2010, Pregnancy increases the growth rates of World Health Organization
grade II gliomas., Ann Neurol., 67, 398-404.
[6] Deroulers C, Aubert M, Badoual M, Grammaticos B., 2009, Modeling tumor
cell migration: From microscopic to macroscopic models, Phys Rev E, 79, 031917.
[7] Badoual M., Derbez P., Aubert M., Grammaticos B., 2009, Simulating the
migration and growth of Bacillus subtillis, Physica A, 388, 549-559.
[8] Aubert M, Badoual M, Grammaticos B., 2008, A Model for Short- and Longrange
Interactions of Migrating Tumour Cell, Acta Biotheor., 56, 297-314.

Curriculum Vitae 3
[9] Aubert M, Badoual M, Christov C, Grammaticos B., 2008, A model for glioma
cell migration on collagen and astrocytes, J R Soc Interface, 5:75-83.
[10] Grammaticos B., Badoual M., Aubert M., 2007, An (almost) solvable model
for bacterial pattern formation Physica D, 234, 90-97
[11] Badoual M, Zou Q, Davison AP, Rudolph M, Bal T, Frégnac Y, Destexhe
A., 2006, Biophysical and phenomenological models of multiple spike interactions in
spike-timing dependent plasticity, Int J Neural Syst., 16, 79-97.
[12] Aubert M, Badoual M, Féreol S, Christov C, Grammaticos B., 2006, A cellular
automaton model for the migration of glioma cells, Phys Biol., 3, 93-100.
[13] Badoual M., Rudolph M., Piwkowska Z., Destexhe A. and Bal T., 2005, High
discharge variability in neurons driven by current noise, Neurocomputing, 65: 493-498.
[14] Rudolph M, Piwkowska Z, Badoual M, Bal T, Destexhe A., 2004, A method to
estimatesynapticconductancesfrommembranepotentialfluctuations, J.Neurophysiol.,
6, 2884-96.
[15] Piwkowska Z., Rudolph M., Badoual M., Destexhe A. and Bal T., 2004, Recreating
active states in vitro with a dynamic-clamp protocol, Neurocomputing, 58:
55-60.
[16] Destexhe A., Badoual M., Piwkowska Z., Bal T. and Rudolph M., 2004, A
novel method for characterizing synaptic noise in cortical neurons, Neurocomputing 58:
191-196.
[17] Shu Y, Hasenstaub A, Badoual M, Bal T, McCormick DA., 2003, Barrages of
synaptic activity control the gain and sensitivity of cortical neurons, J Neurosci, 23,
10388-401.
[18] McCormick DA, Shu Y, Hasenstaub A, Sanchez-Vives M, Badoual M, Bal T.,
2003, Persistent cortical activity: mechanisms of generation and effects on neuronal
excitability, Cereb. Cortex, 13, 1219-31.
[19] Cappello G, Badoual M, Ott A, Prost J, Busoni L., 2003, Kinesin motion
in the absence of external forces characterized by interference total internal reflection
microscopy, Phys Rev E, 68, 021907.
[20] Badoual M, Julicher F, Prost J., 2002, Bidirectional cooperative motion of
molecular motors, Proc Natl Acad Sci U S A, 99, 6696-701.
Interventions orales invitees à des conférences/colloques :
- Prédire la “date de naissance” d’un GGII par la modélisation, Réunion nationale
du Réseau d’étude des gliomes, 21-22 janvier 2011, au Centre Hospitalier Sainte-Anne
(Paris).
- Gérin C, Deroulers D, Varlet P. , Pallud J., Badoual M., étude quantitative de
biopsies étagées de gliomes en vue d’une modélisation mathématique, Lames virtuelles,
intérêts et perspectives en pédagogie et en recherche; Hôpital Saint-Louis, Paris.
- Estimating the onset time of low-grade gliomas with a mathematical model,
International Workshop Mathways into cancer , 4-6 juin 2012

Curriculum Vitae 4
Organisation de conférences/colloques :
Organisation d’une journée thématique du GDR STIC Santé : “Modèles
mathématiques et imagerie en cancérologie” , 2 décembre 2010, Université Paris 7.
Interventions orales récentes dans des conférences/colloques :
- Un modèle pour remonter le temps des gliomes de bas-grade, Congrès général de
la Société Française de Physique, 4-8 juillet 2011, Bordeaux.
- A “go or grow” model based on cell interactions in brain tumours, International
Conference on Mathematical Biology and Annual Meeting of the Society for
Mathematical Biology, 27-30 juillet 2009, Vancouver.
- A “go or grow” model with cell-cell interactions, The joint 5th international
conference on tumor microenvironment 2009, Versailles.
- Modeling glioblastoma with cell-cell and cell-substrate interactions, The Society
for Mathematical Biology Conference 2008, Toronto.
Séminaires :
- From cells to tumours: the case of invasive brain tumours, 4 janvier 2011, EMBL,
Heideleberg, Allemagne.

1. Introduction
Le tissu cancéreux comporte deux composants: les cellules cancéreuses et le stroma. Le terme
stroma désigne le tissu non tumoral provenant de l’hôte. Il est le tissu de soutien des cellules
tumorales, ainsi que leur source de nourriture. Les cancers auxquels nous nous intéressons ici
sont les carcinomes. Ce sont les cancers les plus fréquents (plus de 85%). Ils se développent à
partir de tissus épithéliaux (poumon, sein, peau, colon, rectum, prostate …) [Site-ARC].
Un carcinome se caractérise par la prolifération de cellules épithéliales (cellules bleues sur la
figure 1), puis par une invasion du stroma environnant. Le stroma est composé de quatre
constituants principaux :
- - les fibroblastes
- - la matrice extracellulaire
- - les cellules inflammatoires
- - les vaisseaux sanguins
La matrice extracellulaire est constituée de protéines s’organisant en fibres, de collagène,
mais également d’élastine, de fibronectine et de laminine. Ces protéines sont sécrétées par les
fibroblastes, qui régulent la dynamique de la matrice extra-cellulaire en constant remodelage,
en coupant et en réorganisant les fibres. La principale de ces fibres est le collagène (la
protéine la plus abondante du corps humain). Son rôle est de maintenir l’architecture tissulaire
et de définir les propriétés mécaniques du tissu.
Figure 1 : a : un épithélium normal, bien stratifié, où les cellules épithéliales sont
différenciées (notamment en kératinocytes). La membrane basale sépare l’épithélium du
stroma. Le stroma contient des fibres de collagène, des fibroblastes, des vaisseaux sanguins et
quelques leucocytes (monocytes, macrophages). b : les cellules épithéliales prolifèrent
(cellules bleues) et ne se différencient plus correctement. Le stroma devient amorcé, puis
activé. c : la membrane basale est rompue, le cancer devient invasif, les fibroblastes se

différencient en myofibroblastes, le nombre de cellules inflammatoires augmente, les fibres
de collagène sont remodelées. D’après [Mueller04].
L’idée traditionnelle selon laquelle une tumeur se développe dans un stroma dont les cellules
assistent passivement au développement tumoral, a été mis à mal par de nombreuses études.
Lors de la tumorigénèse, le stroma et la tumeur ont des actions réciproques l’un sur l’autre. La
présence de la tumeur modifie les propriétés du stroma environnant, qui devient
progressivement permissif, après avoir été répressif au début de l’évolution tumorale (pour
des revues, voir [Liotta01, Kunz-Schughart02, Beacham05].
La première phase d’évolution du stroma est une phase d’amorçage, où le stroma change,
mais de façon encore réversible. Cette phase constitue le moment optimal pour un éventuel
traitement clinique de la tumeur: si la tumeur est enlevée à ce moment, le stroma retourne
rapidement dans son état normal. Lorsque le stroma passe dans l’état activé, les changements
sont irréversibles et on peut imaginer que les cellules tumorales non détruites par le traitement
continuent leur progression et donnent lieu à des métastases. Ainsi, le stroma dans son état
activé semble faciliter largement l’invasion tumorale [Beacham05],
Dans le cas du cancer du sein, environ 10% des patientes ont une forme de cancer très agressif
qui métastase dans les 3 ans après le diagnostic. Pour la plupart des patientes, la manifestation
clinique d’une maladie métastatique peut apparaître 10 ans après. Il n’est reste pas moins que
ces patientes vivent le reste de leur vie avec le risque d’une récidive.
Dans ce cadre, il est essentiel de pouvoir estimer ce risque, voire de le réduire grâce à des
traitements appropriés, qui ne seraient pas dirigés uniquement sur la tumeur mais également
sur le stroma environnant. La première étape de cette meilleure prise en charge clinique réside
dans l’évaluation du degré d’activation du stroma.
Notre projet se situe dans ce cadre.
2. Le projet
Le projet consiste à développer in vitro une matrice extracellulaire modèle, en trois
dimensions, permettant de reproduire le plus fidèlement possible celle qui existe in vivo chez
l’homme, pour étudier la migration de cellules cancéreuses et la formation de métastases.
L’originalité de ce travail réside dans le fait que si pour l’instant les modèles murins sont
largement utilisés pour l’étude des tumeurs, il n’existe pas de modèle humain de
développement tumoral [Burdett10]. Nous partirons d’un simple gel de collagène et nous
rajouterons des fibroblastes, des macrophages et finalement des cellules endothéliales. Les
propriétés mécaniques de la matrice pourront être modifiées. Pour introduire des cellules
tumorales, nous utiliserons des sphéroïdes (aggrégats sphériques de cellules tumorales) que
nous implanterons au cœur de la matrice. Les cellules tumorales seront marquées et nous
suivrons leur migration par fluorescence avec un microscope confocal.
Dans le cadre des carcinomes, il a été montré que trois types de cellules du stroma, les
fibroblastes, les macrophages et les cellules endothéliales, subissent des changements majeurs
lors du développement tumoral, mais l’interaction de ces trois types cellulaires n’a pas été
étudiée. Notamment, nous souhaitons déterminer quel est le paramètre le plus important pour
l’invasion et la formation de métastases. Nous utiliserons différentes lignées cellulaires
(cancer du sein et cancer de la prostate). Afin d’obtenir un modèle permettant d’étudier des
tumeurs humaines, nous n’utiliserons que des composants d’origine humaine dans la matrice.

Par ailleurs la migration et l’adhésion de cellules étant très différente en deux dimensions,
nous nous intéresserons exclusivement à des matrices donnant lieu à de la migration en 3D
[Beacham05].
Je travaillerai dans le laboratoire de A. Horwitz, qui est un spécialiste reconnu de migration
cellulaire et d’imagerie par fluorescence [Vicente-Manzanares11] (pour une liste de
publications, voir: http://people.virginia.edu/~afh2n/publications.html). K. Kubow a
récemment commencé son post-doctorat dans le laboratoire de A. Horwitz [Kubow09] sur le
sujet des interactions entre les cellules tumorales et du stroma. Il a travaillé précédemment sur
la génération de matrice extracellulaire par des fibroblastes [Kubow11]. Je travaillerai donc
directement avec lui. En parallèle, je collaborerai avec le professeur J. Parsons, spécialiste de
l’adhésion cellulaire dans la migration de cellules tumorales et dans la formation des
métastases [Parsons08, Parsons10, Tilghman10]. Il a notamment récemment montré que la
rigidité de la matrice extracellulaire régulait la prolifération et la migration en 3D de cellules
cancéreuses de lignées de divers carcinomes (sein, prostate, poumon, mélanome …)
[Tilghman10]. Il nous fournira les lignées nécessaires et le savoir faire en terme de cancer.
Trois types de cellules principaux participent activement et subissent des changements
majeurs lors du développement tumoral : ce sont les fibroblastes, les macrophages et bien sûr
les cellules endothéliales lors de la formation de métastases.
En tant que cellules produisant de la matrice extracellulaire les fibroblastes jouent un rôle
majeur. Dans des conditions physiologiques normales, les fibroblastes prolifèrent peu et
émettent les facteurs de croissance nécessaires à maintenir l’homéostasie des tissus. Des
études ont montré que de nombreuses tumeurs ne peuvent se développer dans un stroma
normal [Cunha02]. L’hypothèse la plus répandue est que les premiers changements dans les
caractéristiques du stroma constituent en réalité un essai de ‘réparation’ des dommages dus à
l’épithélium cancéreux. La brisure de la membrane basale pourrait notamment déclencher un
processus de cicatrisation, lors duquel les fibroblastes prolifèrent, migrent, produisent de la
matrice extracellulaire et émettent des facteurs de croissance. Le phénomène de cicatrisation
ne s’arrête pas, les changements dans la structure du stroma s’amplifient, les fibroblastes
prolifèrent plus, les facteurs de croissance sont intensément exprimés. Enfin des enzymes de
remodelage font passer le stroma à l’état activé [Dvorak86, Tuxhorn01].
Les cellules tumorales, incapables d’envahir la matrice, activent les fibroblastes en sécrétant
un facteur de croissance TGF- beta1. Les fibroblastes remodèlent la matrice extra-cellulaire
de façon à augmenter la rigidité de cette matrice : les fibres de collagène sont coupées
lorsqu’elles sont perpendiculaires à la direction de propagation des cellules tumorales et sont
progressivement réalignées dans la direction de migration. Les fibres de collagène servant de
chemin de migration s’épaississent de plus en plus, ce qui facilite encore d’avantage
l’envahissement de la matrice par les cellules saines. Les cellules tumorales, incapables
d’envahir la matrice, activent les fibroblastes en sécrétant un facteur de croissance TGF-
beta1. Les fibroblastes activés déplacent ou coupent des fibres de collagène de la matrice afin
de faciliter la migration des cellules tumorales [Lewis04, Wolf07].
Par ailleurs, il a été largement montré que l’augmentation de la rigidité de la matrice influait
sur la prolifération et la migration de cellules cancéreuses [Levental09, Schedin11,
Tilghman10].

Figure 2 : Images consécutives des cellules SCC12 (en vert) et des fibroblastes du stroma (en
rouge), envahissant la matrice extra-cellulaire. Les cellules tumorales migrent, précédées d’un
fibroblaste qui crée un « chemin» dans la matrice, ce qui facilite l’invasion. Les cellules
tumorales ne migrant pas sans ce fibroblaste leader. D’après [Gagglioli07].
Figure 3 : Les fibroblastes créent des « chemins» dans la matrice, et épaississent les fibres de
collagène. D’après [Gagglioli07].
Nous étudierons également les interactions des cellules cancéreuses avec les cellules du
système immunitaire et notamment les macrophages. Il a en effet été montré que les
macrophages facilitent l’invasion du stroma et des vaisseaux sanguins par les cellules de
cancer du sein, via un mécanisme de chimiotaxie [Robinson 09, Patsialou09, Erez10].
Finalement, nous chercherons à recréer au moins un vaisseau sanguin dans les matrices
artificielles afin d’étudier comment les cellules cancéreuses interagissent avec les cellules
endothéliales des vaisseaux. Il a en effet été montré que l’on peut construire un vaisseau
sanguin in vitro avec 3 types de cellules (cellules de muscle lisse, cellules endothéliales et
fibroblastes), du collagène, un milieu nutritif adapté et des pièces mécaniques spécifiques, en
forme d’essieu [L’Heureux93, Isenberg06].
Le développement d’un modèle biologique de matrice humaine, en trois dimensions, très
proche de l’in vivo pour la croissance tumorale est le principal objectif et résultat attendu.
Ce modèle humain pourra être ensuite utilisé pour de nombreuses applications:
- Etude des interactions entre les différents constituants de la matrice avec les cellules
tumorales et estimation de l’importance de chacun.
- Tests de médicaments, étude de l’efficacité de traitements.

- Source de données pour alimenter de la modélisation physique et mathématique du
processus d’invasion tumorale à travers la matrice et de formation de métastases.
Références:
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controls the transition from individual to collective cancer cell invasion, Nat Cell Biol. (2007), 9, 893-904.

DEMANDE D'UN CONGÉ POUR RECHERCHES OU CONVERSIONS THÉMATIQUES
AU TITRE DE L’ETABLISSEMENT
ANNÉE 2012 – 2013
---------------------------------------------
(DEMANDE A REMPLIR PAR L’ENSEIGNANT-CHERCHEUR, EN DOUBLE EXEMPLAIRE)
Établissement d’affectation : Université Paris Diderot-Paris 7
Composante : UFR de Physique, Laboratoire PMMH, ESPCI
NOM patronymique : Bartolo Nom marital : …………………………………....
Prénoms : Denis, Pacal, Polycarpe Date de naissance : 30/11/1974
Corps : Enseignant Grade : Maitre de conférence Emploi occupé n° : 01S0600477SRI Section du CNU : 28
J’ai l’honneur de demander un congé pour :
x Recherches □ Conversions thématiques □ Recherches et conversions thématiques
Au titre de la section du Conseil national des universités n°28, milieux denses et matériaux(2)
Intitulé (2)
□ D’une durée d’un semestre (1) ou x d’une année (1)
Par période de six ans passée en position d’activité ou de détachement.
□ Responsabilités collectives ou □ Enseignements nouveaux ou pratiques pédagogiques innovantes
ou □ d’une durée d’un semestre, suite à congé de maternité (1) ou congé parental (1)
Congé obtenu du : …..…/……./………….. au …..…/……./……...... (3)
Indiquez la date de début du congé : 01/09/2012., au titre du projet présenté ci-joint.
CRCT déjà obtenu (s) : …………………………………… Dates : …………………………………………..
A Paris le 13/01/2012
Signature de l’enseignant –chercheur
Visa du directeur d’UFR
(1) Cocher la rubrique concernée.
(2) Préciser le numéro et l’intitulé. La demande doit correspondre à la section à laquelle l’enseignant-chercheur
appartient ainsi que le projet qui s’y rapporte, cependant la section peut-être différente de sa section de
rattachement.
(3) Le justificatif du congé signé par l’administration doit accompagner la demande.
AVIS DU CHEF D’ÉTABLISSEMENT Date et signature

Demande de congés pour recherches
Présentée par :
Denis Bartolo
Maître de conférence de l’Université Paris Diderot-Paris 7
Paris, le 16 Janvier 2012

3
Table des matières

1.
Contexte et motivation de la demande de congés pour
recherche
Ce document contient l’ensemble des informations demandées pour une
demande de congés pour recherche. Afin de préciser le contexte de ma demande,
je présente brièvement mes activités actuelles. Je motiverai ma demande
sur la base de la très forte compétition internationale qui existe dans
les domaines associés au projet de recherche que j’envisage à moyen terme
dans mon équipe, et que je résume ci-dessous.
Depuisjanvier2010,j’animeunepetiteéquipederechercheaulaboratoire
PMMH de l’ESPCI. Nos activités se positionnent aux interfaces entre microfluidique,
microhydrodynamique et physique de la matière molle. Génériquement,
nous nous intéressons à la dynamique collective de grands nombres de
particules en interactions hydrodynamiques. Pour ne citer que deux exemple
représentatifs en ligne avec le projet proposé, depuis 3 ans, nous avons développé
une activité autour de la description du transport de particules advectées
dans des réseaux microfluidiques étendus. Par ailleurs, nous étudions
la dynamique couplée de nageurs, ou de propulseurs à petit nombre de Reynolds.
Une des caractéristiques principale de mes activités est la combinaison
systématique d’approches expérimentales modèles et d’approches théoriques
basée sur des modèles quantitatifs génériques. Nos expériences modèles sont
bâties sur la base d’une boite à outils microfluidique que nous continuons à
développer pour, et parallèlement à, nos activités plus fondamentales.
C’est dans ce cadre que s’inscrit le projet de recherche que j’envisage pour
mon équipe et moi même, pour les cinq prochaines années. Ce projet, présenté
page 21, est centré sur l’étude de la dynamique de trafic de particules
au travers de réseaux de canaux ou d’obstacles. Des centaines de procédés
industriels et naturels reposent sur le trafic de particules dans des réseaux de
4

canaux ou d’obstacles : trafics urbains, ou intracellulaires, filtration... Nous
visons à fournir des éléments de compréhensions génériques à ces processus
transport. En nous appuyant sur deux expériences microfluidiques modèles :
(i) nous adresserons la question de la transition vers le congestionnement des
réseaux, en étudiant la statistique du trafic de particules déformables advectées
dans des microcanaux désordonnées. (ii) Afin d’étudier le trafic d’agents
motiles nous tirerons profit d’un système unique de colloïdes auto-propulsés.
Nous étudierons en particulier l’émergence de mouvements collectifs au sein
de réseaux aléatoires. Pour aborder ces deux problèmes complexes, et aujourd’hui
ouverts, nous combinerons des outils et des concepts aux frontières
entre physique de la matière molle, hydrodynamique et physique statistique.
Très précisément, au cours due congés pour recherche demandée, je souhaite
m’investir fortement dans la mise en place d’un nouveau système expérimental
pour étudier le trafic hydrodynamique de particules motiles artificielles.
Les détails spécifiques à cet aspect de mon projet sont détaillés dans
le chapitre 4.5.2. Ce programme se base sur des savoir faire acquis ces dix
dernièresannées.Sijesuistotalementconfiantsurlafaisabilitédecetteétude
à court terme, la difficulté de la tache, couplée à la très forte compétitivité
internationale dans ce domaine de recherche nécessitera un investissement
fort de ma part. Ces deux éléments motivent ma demande de congés pour an
à temps complet.
Pour tout complément d’information, je me tiens à votre entière disposition
: Email : denis.bartolo@espci.fr. Tel : 01 40 79 47 15.
5

2.
Résumé des activités antérieures : recherche,
enseignement et taches collectives
2.1 Résumé des activités de recherche : 2006-2011
Je présente ici un bref résumé chronologique et thématique de mes activités
de recherches menées ces cinq dernières années.
Maître de conférence à l’Université Paris Diderot.Aprèsavoireffectué
une thèse de physique théorique et après un stage postdoctoral expérimental,
j’ai présenté ma candidature aux concours de maître de conférence (reçu) et
de chargé de recherche (classé, et premier non reçu en section 5) en mai 2006.
A l’issu de cette première série de candidatures, j’ai été recruté par l’Université
Paris Diderot. J’ai rejoint l’équipe de Marc Fermigier au laboratoire de
Physique et Mécanique Hétérogène de l’ESPCI. Mes activités se sont articulées
autour de deux axes principaux : microfluidique et mirohydrodynamique.
En 2007, j’ai recruté ma première étudiante en thèse (co-encadrée avec
Marc Fermigier), Naïs Coq. Nous avons développé plusieurs expériences sur
l’hydrodynamique de la propulsion à petites échelles. En combinant systématiquement
des approches expérimentales et théoriques, nous avons mis
en évidence plusieurs types de transitions dynamiques dans le battement de
filaments élastiques et magnétiques isolés. En associant des techniques de microfabrication
top-down et bottom-up, nous nous sommes dotés d’un système
expérimental unique pour l’étude de la dynamique collective de micro-cils
artificiels et avons révélé une brisure de symétrie de leurs battements induite
par leur couplage hydrodynamique. Nais Coq a soutenu sa thèse en novembre
2010. Loin de toute préocupation biologique, ma motivation était de
6

construire un système simple pour comprendre l’impact des interactions hydrodynamiquesdansunsystèmedeparticulesactives/activablesdéformables.
J’ai aussi démarré une collaboration active avec Eric Lauga de l’Université
de San Diego, sur la dynamique de particule actives hydrodynamiquement
couplées. Nous avons notamment montré qu’une suspension de particules actives
mais non-motiles peut présenter des modes de locomotions collectifs.
Un des autres résultas de notre collaboration a été la description hydrodynamique
générique des films de fluides actifs . Cette collaboration m’a donné
l’opportunité, d’effectuer plusieurs séjours courts à l’université de Califirnie
San Diego (UCSD, 1-2 semaines/an depuis 2008).
En 2008, j’ai recruté un second étudiant en thèse, Nicolas Champagne,
afin étudier le trafic de particules dans des réseaux fluidiques. Les implications
de ce travail fondamental vont au delà des nombreux procédés qui
mettent en jeu le transport d’objets dans des structures hétérogènes (récupération
assistée du pétrole, procédés de séparation et de filtration...). En
effet, comprendre la dynamique de particule dans des réseaux évolutifs (dont
les propriétés géométriques, physiques ou topologiques changent en fonction
de l’occupation) est aussi pertinent pour la description des trafics d’agents
mobiles comme le trafic routier ou des piétons. Dans un contexte hydrodynamique,
nos outils microfluidiques nous ont permis de montrer comment
des particules, qui bouchent localement les canaux qui les transportent, interagissent
pour former des embouteillages spontanés et instationnaires, qui
conduisent à l’invasion du réseau. Nicolas Champagne a soutenu sa thèse en
octobre 2011.
Direction de l’équipe microfluidique et matière molle. Depuis janvier
2010, j’anime une petite équipe indépendante au sein du laboratoire
PMMH. Nos recherches se concentrent principalement sur l’étude de systèmes
hors équilibres, actifs ou forcés, en interaction hydrodynamique. Les
approches utilisées se situent aux interfaces entre hydrodynamique, physique
statistique et physique de la matière molle. Aujourd’hui notre groupe est
composé d’un chercheur permanent (Denis Bartolo) et de quatre étudiants
en thèse : Bertrand Levaché , financé par Total, utilise des outils microfluidiques
pour comprendre les phénomènes de transports spécifiques aux procédés
de récupération assistée du pétrole dans des poreux modèles. Raphael
Jeanneret, a mis en place des expériences microfluidique modèle afin d’élucider
les mécanismes de brisure de symétrie par renversement du temps dans
des écoulements particulaires. Depuis 2011, Nicolas Desreumaux, poursuit les
7

études de trafic hydrodynamique initiées par Nicolas Champagne, et Antoine
Bricard, dans la continuité de la thèse de Nais Coq, a initié nos premières
expériences sur la dynamique de particules auto-propulsées artificielles. Pour
tous les sujets abordés nous combinons l’utilisation d’outils théoriques et expérimentaux.
En 2011, nos travaux ont été récompensés par le prix Langlois
de la recherche à l’ESPCI.
Mestravauxderecherchesontdonnélieuà28publications(dont19depuis2007)
dans des revues internationales (+3 soumis), à 6 actes de conférences (dont 6
depuis 2007) avec comité de lecture et à 1 brevet (+3 déposés). La liste complète
de ces publications est fournie avec le CV détaillé ci-joint et sont disponibles à
cette adresse : http://www.pmmh.espci.fr/~bartolo/. Depuis mon recrutement,
en septembre 2006, j’ai communiqué sur mes travaux de recherches à
l’occasion de 27 présentations orales, elles aussi listées explicitement dans le CV
joint. Je n’ai fait mention uniquement des séminaires et conférence que j’ai moi
même donné.
2.2 Résumé des activités d’enseignement et d’encadrement
Activités d’enseignement. Depuis mon arrivée à l’UFR de physique de
l’université Paris Diderot en 2006, je me suis particulièrement investi dans
l’enseignement de la physique expérimentale. Je suis en effet résolument
convaincu qu’un enseignement de pointe en physique expérimentale est indispensable
dans un contexte où la formation universitaire française valorise
systématiquement les enseignements les plus formels. L’enseignement expérimental,enparallèled’unenseignementthéorique,stimuleàmonsensd’autres
formes de créativité scientifique et un esprit critique. Par ailleurs, la grande
majorité des étudiants auxquels j’ai eu le plaisir d’enseigner auront des activités
majoritairement expérimentales et souvent très appliquées.
– De 2006 à 2010, je me suis fortement impliqué dans l’enseignement de
travaux pratiques originaux dits ”projets de physique expérimentale”. Cet enseignement
consiste à proposer chaque année entre quinze et vingt nouveaux
projets expérimentaux à des étudiants de L3. Ces projets se construisent sur
un semestre complet. Après avoir activement participé à la migration de la
structure d’enseignement du campus Jussieu au campus Paris Rive Gauche,
8

j’aiprislaresponsabilitédecetenseignementen2007.L’UFRmetànotredisposition
des moyens tout à fait exceptionnels dans un contexte universitaire :
un budget élevé (entre 5 et 10 Keuros), deux techniciens et deux ateliers
dédiés (mécanique et électronique). Mon objectif principal a été de moderniser
les équipements et les modes de fonctionnement de ces projets. Pour
y parvenir, j’ai eu l’opportunité de démarrer mon activité simultanément au
recrutement de Catherine Jacquard, technicienne électronicienne et d’obtenir
plusieursfinancementsexceptionnels.Historiquement,lesprojetsdephysique
expérimentales’articulaientautoursd’expériencesdecoindetable.Grâceaux
moyens dont nous disposons aujourd’hui, nous pouvons proposer des projets
plus ambitieux qui permettent de former les étudiants aux techniques expérimentales
modernes, utilisées dans les laboratoires de recherches publiques
ou industriels. Les sujets proposés sont maintenant quasi-systématiquement
inspirés d’articles récents publiés dans des revues internationales.
– En 2007, j’ai aussi pris la responsabilité des enseignements de travaux
pratiques de ”rhéologie et fluides complexes”en Master 2 professionnel. J’ai
prislepartiderenouveleretdemoderniserlesexpériencesetlessujetsproposés.
L’objectif était de mettre cet enseignement en phase avec les techniques
utilisées chez les recruteurs les plus importants de nos étudiants (industrie
pétrolière et chimie de spécialité). J’ai par exemple proposé des montages
microfluidiques pour la caractérisation rhéologique de fluides complexes. Par
ailleurs, j’ai aussi assuré l’enseignement d’une parti du cours et des travaux
dirigés de ce module entre 2007 et 2009 (refusant ainsi 30% d’une décharge
d’enseignement ANR jeune).
– En 2011-2012, la majorité de ma charge d’enseignement est dédiée à
des travaux pratiques de physiques pour des étudiants de L1 (144h) et de L3
Pro. Ces enseignements qui m’ont réellement enthousiasmé, ont nécessité un
investissement pédagogique important et passionnant.
– Entre 2006 et 2009, j’ai participé, à des enseignements plus classiques
en L2 et L3 (TPs et Colles).
– Depuis 2010, je participe à l’équipe de coordination qui gère l’utilisation
de l’ensemble des salles et équipements de travaux pratique de notre UFR.
Pour conclure, et en résumé, au cours de ces cinq dernières années, j’ai eu
l’opportunité d’enseigner à des étudiants de niveaux allant du L1au M2. Je
me suis fortement impliquer et pris beaucoup de plaisir à enseigner la physique
expérimentale qui offre des formes d’apprentissages, à mon sens, moins
traditionnelles dans le système français, et qui favorise fortement le contact
direct avec les étudiants.
9

Activités d’encadrement. Depuis septembre 2007, j’ai encadré cinq étudiant
en thèse.
– Nais Coq : Soutenue le 19 Nov. 2010. Co-encadrement à 75%. Financement
DGA. 4 articles publiés.
– Nicolas Champagne : Soutenue le 6 Oct. 2011. Encadrement 100%. Financement
MNRT. 2 articles publiés, 2 articles en préparation.
– Raphael Jeanneret : Oct. 2010-Oct. 2013. Encadrement 100%. Financement
AMN. 1 article publié.
– Bertrand Levaché : Oct. 2010-Oct. 2013. Co-encadrement 75%. Financement
CIFRE TOTAL. Un brevet déposé, un article en préparation.
– Nicolas Desreumeaux : Oct. 2011-Oct. 2014. Encadrement 100%. Financement
CIFRE TOTAL.
– ntoine Bricard : Jan. 2011-Jan. Encadrement 100%. 1 article publié.
J’ai par ailleurs encadré ou co-encadré plus de quinze stages de niveaux
allant du L3 au M2.
La liste complète des enseignements auxquels j’ai participé, ainsi que celle des
des étudiants aillant travaillé avec moi est donnée dans le CV détaillé fourni en
fin de document
2.3 Investissement dans des activités collectives
Université Paris Diderot, UFR de physique.
– Membredugrouped’expertthématique”SystèmesComplexes”del’UFR
dephysique.Cegroupedetravailparticipeàl’organisationdesconcours
de recrutements d’ATER, et d’enseignants chercheurs.
– Coordinateurdesenseignementsdephysiqueexpérimentaledepuis2007.
– Membre de l’équipe de gestion des salles de travaux pratiques de l’UFR
de physique.
”Referral”et jury
– Refereepourdeplusieursrevuesinternationales(Phys.Rev.Lett,Phys.
rev. E, Soft Matter,...). ∼ 15 articles par ans.
– Rapporteur pour des demandes de financement (ANR, ACS)
– Président d’un jury de thèse en 2010. Examinateur dans quatre jury de
thèse depuis 2009. Thématiques : Hydrodynamique, technologies mi-
10

crofluidiques, Physique statistique.
Laboratoire PMMH
– Membre du conseil de laboratoire.
– Co-organisateur avec C. Gosse et V. Studer du symposium international
: ”Microfluidics for physics, chemistry and Biology 2009.
– Organisateur des journées de présentation et de visite des laboratoires
de l’ESPCI pour les Master de Physique des liquides et de physique
théorique des systèmes complexes, depuis septembre 2007.
– Responsable du groupe Microfluidique et matière molle au laboratoire
PMMH depuis janvier 2010.
Art et sciences
– Depuis 2007, Participation bénévole à plusieurs expositions, et résidences,
pour le centre d’art ”Beton Salon” situé sur le campus Paris
Diderot. J’ai participé à l’organisation de plusieurs projets communs
avec les étudiants du module de physique expérimentale de l’UFR et
ce centre d’art contemporain. Voir en particulier l’exposition ”science
versus fiction”.
11

3.
Curiculum vitae détaillé et liste des publications
Je joins ici un curriculum vitae détaillé qui contient en particulier la liste
complète des mes publications, actes de conférences et brevets.
12

DenisBartolo
Maitre de conférence, Université Paris Diderot
Contact bLaboratoire PMMH, ESPCI 10, rue Vauquelin 75005 Paris, FRANCE
B denis.bartolo@espci.fr •T+33 1 4079 4715 •u+33 1 4079 4523
www.pmmh.espci.fr/bartolo
Personnal info. Born on 30 november 1974 • French citizen
Maître de conférence section 28 • Numen:01S0600477SRI
Scientific interests
My scientific interests include experiments and theory in soft-condensedmatter,
microfluidics, microhydrodynamicsandstatisticalphysics. Currently,
our main research activities focus on hydrodynamically-induced collective
phenomena in active and driven suspensions.
Experience
2006–2012 Maître de conférence, Université Paris Diderot
Principal investigator of the soft-matter and microfluidics group, PMMH,
ESPCI, since jan. 2010.
2004–2006 Postdoc, Laboratoire de Physique Statistique, ENS
Experiments in wetting and microfluidics. With D. Bonn and P. Tabeling
2000–2003 PhD, Laboratoire de Physico-Chimie Théorique, ESPCI
Soft-condensed-matter theory. Advisors: A. Ajdari and J.-B. Fournier
1999–2000 Military service, Laboratoire de Physico-chimie Curie, Institut Curie
Biophysics theory. Advisors: J. Prost and F. Jülicher
1997–1997 R&D engineer internship, Complex Fluid Lab., Rhodia, USA
Experiments in chemical engineering. Advisors: P.-J. Derian and M. In
Education and diploma
2010 Habilitation Thesis, Université Paris Diderot
Physics
2000–2003 Physics Ph. D., Université Pierre et Marie Curie
Theoretical Physics
1998–1999 DEA de physique théorique, Université Pierre et Marie Curie
Statistical mechanics and quantum field theory
1995–1999 Engineer diploma, ESPCI, Paris
Specialty: Physics.

Honors and Awards
2011 Jean Langlois award (ESPCI), for the research on ”collective microhydrodynamics”
done in our group in 2010-2011.
2009 Paris Emergence award for young researchers
2005 Ecole Normale Supérieure postdocdoctoral fellowship
2004 CNRS postdocdoctoral fellowship
Publications
Peer reviewed articles
2012 Hamiltonian traffic dynamics in microfluidic-loop networks
Raphael Jeanneret, Julien-Piera Vest and Denis Bartolo, Phys. Rev. Lett.,
to be published in the January, 20 issue (2012)
2011 Collective beating of artificial microcilia
Naïs Coq, Antoine Bricard, Francois-Damien Delapierre, Laurent Malaquin,
Olivia du Roure, Marc Fermigier and Denis Bartolo, Phys. Rev. Lett. 107,
014501, (2011).
Stability and non-linear response of one-dimensional microfluidicparticle
streams.
Nicolas Champagne, Eric Lauga and Denis Bartolo, Soft Matter, 7, 11082,
(2011)
Geometric scaling of purely-elastic flow instabilities
J. Zilz, R. J. Poole, M. A. Alves, D. Bartolo, B. Levaché and A. Lindner,
submitted to Journal of fluid Mechanics, arXiv:1109.5046 (2011)
The 3D Nature of the Saffman-Taylor Instability Siti Aminah Setu,
Ioannis Zacharoudiou, Gareth J. Davies, Denis Bartolo, Sébastien Moulinet,
Ard A. Louis, Julia M. Yeomans and Dirk G.A.L. Aarts, submitted (2011)
2010 Traffic jams and intermittent flows in microfluidic networks
NicolasChampagne, RomainVasseur, AdrienMontourcy, andDenisBartolo,
Phys. Rev. Lett., 105, 044502, (2010).
Three-dimensional beating of magnetic microrods
Nais Coq, Sandrine Ngho, Olivia du Roure, Marc Fermigier and Denis Bartolo,
Phys. Rev. E, 82, 041503 (2010).
Rotating microflow sensors
Rafaele Attia, Daniel C. Pregibon, Patrick S. Doyle, Denis Bartolo and Jean-
Louis Viovy, submitted to Lab. Chip, (2010).
Shaking-induced motility in suspensions of soft active particles
Denis Bartolo and Eric Lauga, Phys. Rev. E 81, 026312 (2010).
Aqueous surfactant drops impacting on hydrophobic surfaces
Salima Rafai, Mounir Aytouna, Gerard Wegdam, Denis Bartolo and Daniel
Bonn, Experiments in Fluids, 48, 49 (2010).

2009 Active connectors for microfluidic drops on demand
Jean-Christophe Galas, Denis Bartolo and Vincent Studer, New Journal of
physics, 11, 075027 (2009).
Irreversibility and self-organisation in hydrodynamic echo experiments
Gustavo Düring, Denis Bartolo and Jorge Kurchan, Physcal Review E (Rapid
communication) 79, 030101(R) (2009).
Soft microflow sensors
Rafaele Attia, Daniel C. Pregibon, Patrick S. Doyle, Jean-Louis Viovy and
Denis Bartolo, Lab on a Chip 9, 1213 (2009).
Microfluidic stickers for cell-based assays in microchannels
Mathieu Morel, Denis Bartolo, Jean-Christophe Galas, Maxime Dahan and
Vincent Studer, Lab on a Chip 9, 1011 (2009).
Helical beating of actuated flexible filaments
Nais Coq, Olivia du Roure, Marc Fermigier and Denis Bartolo, J. Phys.
Cond. Mat. 21, 204109 (2009).
2008 Equilibrium and non-equilibrium states in microfluidic double emulsions
Nicolas Pannacci, Henrik Bruus, Denis Bartolo, Isabelle Etchart, Thibaut
Lockhart, Yves hennequin, Hervé Willaime and Patrick Tabeling, Phys. Rev.
Lett. 101, 164502 (2008).
No many-scallop theorem: Collective locomotion of reciprocal swimmers
Eric Lauga and Denis Bartolo, Physical Review E (Rapid communication)
78, 030901(R) (2008).
Rotational dynamics of a soft filament: wrapping transition and
propulsive forces
Nais Coq, Olivia du Roure, Joel Marthelot, Denis Bartolo and Marc Fermigier,
Physics of Fluids 20, 051703 (2008).
Microfluidic Stickers
Denis Bartolo, Guillaume Degré, Philippe Nghe and Vincent Studer, Lab on
a chip 8, 274 (2008).
2007 Life and death of Fakir droplets: impalement transition on micropatterned
surfaces
Sébastien Moulinet and Denis Bartolo , Eur. Phys. J. E. 24, 251 (2007).
Dynamics of non-Newtonian droplets
Denis Bartolo, Grégoire Narcy, Aresky Boudaoud and Daniel Bonn, Phys.
Rev. Lett. 99, 174502 (2007).

2006 Drop impact on solid surfaces: Singular jets and bubbles trapping
Denis Bartolo, Christophe Josserand and Daniel Bonn, Phys. Rev. Lett. 96,
124501 (2006).
Bouncing or sticky droplets: impalement transitions on micropatterned
surfaces
Denis Bartolo, et al., Europhysics Letters 74, 299(2006).
2005 Retraction dynamics of aquous drops upon impact on nonwetting
surfaces
Denis Bartolo, Christophe Josserand and Daniel Bonn, J. Fluid. Mech 545,
329 (2005).
2004 Effects of Intermediate Bound States in Dynamic Force Spectroscopy
Imre Derenyi, Denis Bartolo and Armand Ajdari, Biophysical Journal 86,
1263 (2004).
2003 Effective interactions between inclusions in complex fluids driven out
of equilibrium
Denis Bartolo, Jean-Baptiste Fournier and Armand Ajdari, Phys. Rev. E.
67, 061112 (2003).
Elastic interaction between ”hard” or ”soft” pointwise inclusions on
biological membranes
Denis Bartolo and Jean-Baptiste Fournier, Eur. Phys. J. E,11, 141 (2003).
2002 Fluctuations of fluctuations induced thermal Casimir forces
Denis Bartolo, Ramin Golestanian and Armand Ajdari, Phys. Rev. Lett 89,
230601-1 (2002).
Dynamic response of adhesion complexes : beyond the single path
picture
Denis Bartolo, Irme Derenyi and Armand Ajdari, Phys. Rev. E. 65, 051910
(2002).
2000 Long-range Casimir interactions between impurities in nematic liquid
crystals and the collapse of polymer chains in such solvents
Denis Bartolo, Didier Long and Jean-Baptiste Fournier, Europhys. Lett. 49,
729 (2000).
Patents
2011 Microfluidic device to control molecule-concentration profiles in view
of targeted chemical stimulation. M. Dahan, M. Morel, J.-C. Galas, V.
Studer and D. Bartolo, pending.
Microfluidic device to control molecule-concentration patterns in view
of targeted chemical stimulation. M. Dahan, M. Morel, J.-C. Galas, V.
Studer and D. Bartolo, pending.

2008 Production of microfluidic polymeric devices by photo-assited and/or
thermally assisted printing
Denis Bartolo, Guillaume Degré and Vincent Studer, WO/2008/009803.
Peer reviewed conference proceedings
2010 Beating of artificial magnetic microcilia
NaisCoq, SandrineNgo, OliviaduRoure, MarcFermigierandDenisBartolo,
Proceedings of the 2nd European Conference on Microfluidics - Microfluidics
2010 (2010)
2009 A microfluidic device for the generation of arbitrary concentration profiles
Jean-Christophe Galas, Denis Bartolo and Vincent Studer, MicroTAS
proceeding (2009)
2008 High frequency chemical stimulation of living dictostelium cells
Jean-Christophe Galas, Sarha Dorent, Denis Bartolo and Vincent Studer,
MicroTAS proceeding (2008)
2007 Microfluidc Stickers for quantitative studies of cultured cells
Mathieu Morel , Denis Bartolo, Maxime Dahan , Vincent Studer, MicroTAS
proceeding 1, 161 (2007).
Soft Flow Sensors
R. Attia, D. Pregibon, P. Doyle, J.-L. Viovy and D. Bartolo, MicroTAS
proceeding 2, 1146 (2007).
Stick and Flow
Denis Bartolo, Guillaume Degré, Philippe Nghe and Vincent Studer Micro-
TAS proceeding 2, 1152 (2007).
Presentations (since 2006)
2011 Laboratoire de Physique, ENS Lyon. Invited presentation
Laboratoire IRPHE, Marseille. Invited presentation
GDR microfluidique, Lyon. Contributed presentation
Laboratoire IUSTI, Marseille. Invited presentation
2010 Soft-matter seminar, Oxford. Invited presentation
Cambridge DAMPT mechanics seminar, Cambridge. Invited presentation
Laboratoire Gulliver ESPCI, Paris. Invited presentation
Microflu2010 conference, Toulouse. Contributed presentation
TOTAL, Pau. Invited presentation
Journées scientifiques de l’ESPCI. Invited presentation
APS DFD meeting, Long beach. Contributed presentation

2009 DrivenmicrofluidicssystemsCECAMworkshop,Dublin. Invitedpresentation
Center for Soft-Matter seminar, NYU, New-York. Invited presentation
Condensed matter physics seminar, UPenn, Philidelphia. Invited presentation
APS March meeting, Pittsburgh . Contributed presentation
LPMCN, Univ. Claude Bernard, Lyon. Invited presentation
Laboratoire de Spectroscopie physique, U. J. F., Grenoble. Invited presentation
Fluid and elasticity conference, Marseille. Contributed presentation
2008 Lab of the future, Bordeaux. Invited presentation
GDR microfluidique, Paris. Invited presentation
APS DFD meeting, San antonio. Contributed presentation
2007 APS March meeting, Denver. Contributed presentation
Micro-and nanofluidics workshop, Lyon. Invited presentation
2006 LCVN lab. Univ. Montpellier 2. , Montpellier. Invited presentation
MSC Lab., Univ. Paris Diderot, Paris. Invited presentation
Teaching
2010–2011 Mécanique (L1, TP)
Hydrodynamique (L3Pro, TP)
2010–2011 Physique Expérimentale (L3 Magistère, TP)
2009–2010 Physique Expérimentale (L3 Magistère, TP)
2008–2009 Rhéologie et fluides complexes (M2pro, Cours, TD)
Physique Expérimentale (L3, TP)
2007–2008 Rhéologie et fluides complexes (M2pro, Cours, TD, TP)
Physique Expérimentale (L3, TP)
2006–2007 Ondes et vibrations avancées (L3 Magistère, TP)
Electromagnetisme (L2, Colles)
Physique Expérimentale (L3, TP)
Students advised
Current Nicolas Desreumaux, Ph. D. (2011–2014).
Antoine Bricard, Ph. D. (2011–2014).
Raphael Jeanneret, Ph. D. (2010–2013).
Bertrand Levaché, Ph. D. (2010–2013).

Past (since 2006) *Nicolas Champagne, Ph. D. (2008-2011).
Julien-Piera Vest, M2 Physique théorique des Systèmes complexes, Paris
(2011).
Jean-Baptiste Caussin, M2 Physique fondamentale, Lyon (2011).
*Nais Coq, Ph. D., co-advised with Marc Fermigier, (2007–2010).
Raphael Jeanneret, M2 Physique fondamentale, Lyon (2010).
Bertrand Levaché, M2 Physique des liquides, Paris (2010).
Thomas Panier, M2 Physique des liquides, Paris (2010).
Sandrine Ngo, M2 Physique théorique des systèmes complexes Paris (2010).
Romain Vasseur, M2 Physique théorique Paris (2010).
Constance Toulouse, L3 magistère Univ. Paris 7 (2010).
François Lavergne, L3 magistère Univ. Paris 7 (2010)
Adrien Montourcy, L3 magistère Univ. Paris 7 (2009).
Nicolas Kaufman, ENS Cachan L3 (2009).
Jean Castex, Centrale Lyon (2009).
Angélique Deboeuf, ATER Univ. Paris 6 (2008-2009).
Emeline Lalire, ESPCI (2008).
Gabriele Faye, ESPCI (2008).
Alexandre Lazarescu, L3 ENS Lyon (2008).
Abdou-Rachid Thiam, ESPCI (2007).
Soline Ngan, L3 Univ. Paris 6.
Isabelle Etchat, ESPCI co-advised (2006).
Service
University/ESPCI – Direction of the ”Soft-matter and Microfluidics” group at PMMH (since
2010).
– Member of the ”conseil de laboratoire PMMH” (since 2010).
– Member of the ”Groupe d’experts thématique: complex systems” (since
2008).
– Coordinator of the practical courses facilities, Paris Diderot University.
(since 2007).
– Coordinator of the ”Physique expérimentale” group, Paris Diderot University.
(2006-2011).
Peer review – Journals: Physical Review letters, Physical Review E, Nature Communication,
Europhysics Letters, European journal of physics E, European journal
of physics B, Soft Matter, Physics of fluids, Journal of Fluid Mechanics, Applied
Physics Letters. Research-grant proposals: ANR (france), ACS (USA)
∼ 10-15 articles reviewed per year.

Organization – Organizer of the international symposium: Microfluidics for physics, chemistry
and biology (http://www.espci.fr/conference/mpcb09/), Paris 2009.
– Organizer of the annual ESPCI visit day for the Ph. D. applicants, since
2006.
Sponsors/fundings
2010 – TOTAL: funding for one PhD student and for research.
– C’Nano Ile de France: Research grant.
2009 – Paris Emergence research program: Research grant.
– C’Nano Ile de France: Research grant.
2008 – CNRS: PEPS-Physique théorique et ses interfaces: : Research grant
– ANR: Research grant (PI: José Bico)
– Institut des Systèmes Complexes: Start-up money.
2007 – Direction Générale de l’Armement: funding for one PhD student.
– ESPCI: ”Bonus qualité recherche” (start-up money peer reviewed grant
proposal)
– Physics Department, Paris Diderot University: ”Bonus qualité recherché”
(start-up money, peer reviewed grant proposal)
Other work experience
2006–2009 Art and Science,
Collaboration with Loris Greaud, DGZ Research and Yvon- Lambert art
gallery. Our work has been exhibited at the Frieze Fair Art 2006, London
and at Miami Basel 2007. Several collaborations with Beton salon (Paris),
e.g. Science vs fiction event in 2009.

4.
Projet scientifique : Trafic microfluidique
Résumé du projet de recherche :
Des centaines de procédés industriels et naturels reposent sur le trafic de
particules dans des réseaux de canaux ou d’obstacles : trafics urbains, ou
intracellulaires, filtration... Nous visons à fournir des éléments de compréhensions
génériques à ces processus transport. En nous appuyant sur deux
expériences microfluidiques modèles : (i) nous adresserons la question de la
transition vers le congestionnement des réseaux, en étudiant la statistique
du trafic de particules déformables advectées dans des microcanaux désordonnées.
(ii) Afin d’étudier le trafic d’agents motiles nous tirerons profit
d’un système unique de colloïdes auto-propulsés. Nous étudierons en particulier
l’émergence de mouvements collectifs au sein de réseaux aléatoires. Pour
aborder ces deux problèmes complexes, et aujourd’hui ouverts, Nous conjuguerons
efforts théoriques et expérimentaux et utilisons des approches aux
frontières entre hydrodynamique, physique de la matière molle et physique
statistique. Précisément, au cours de mon année en délégation, je projette
d’initier les travaux décrits dans la section V.2. 1. Si je suis confiant dans la
faisabilité à court terme de cette partie du projet, le challenge expérimental
nécessitera un investissement fort de ma part, qui motive ma demande de
congés pour un an au laboratoire PMMH, CNRS UMR7636.
21

4.1. General context of the project: Why is it interesting?
Hundreds of natural and industrial processes ultimately rely on the transport of mobile agents in
obstacle, or channel, networks. Prominent examples concern: particle filtration, enhance oil
recovery, blood flows in microvessels, Fig. 1A, droplet-based-microfluidics, Fig. 1B, and the
transport of charged (bio)polymers in electrophoresis gels. In all these examples, passive particles
are advected by external force fields and traffic through heterogeneous environment. A second
important class of traffic phenomena deals with self-propelled agents. The most obvious
realizations are the traffic flows of vehicle, and pedestrian in the urban networks, Fig. 1D.
However, numerous similar processes take place in living systems at much smaller scales. Two
representative examples are: (i) the motion of bacteria in polluted soils and in host, or
contaminated, organs [1,2], and (ii) the so-called cytoplasmic streaming, which ensures the
transport of organelles through the eukaryotic cells along the cytoskeletal network, see Fig. 1C.
Figure 1: A- Crossed polarization picture of a microvascular network. Diameter of the smaller vessels: 10
microns, [2] and internet encyclopedia of science. B- Droplet-microfluidic chip. Fission of droplets at Tjunctions,
smallest channel width ~100 microns, from [3]. C- (a) Portion of a plant, with leaf cells (1), nodes (2),
and internodal cells (3). (b) Enlargement of an internodal cell along which helicoïdal cytoplasmic streaming is
observed [4]. D- Vehicle traffic on a Japanese road.
The diversity of the systems, where traffic flows are involved calls for investigating their
universal properties, thereby making the problem highly appealing from a fundamental
perspective. Precisely, we intend to develop a generic understanding of the traffic dynamics in
fluidic networks. We purpose to develop simultaneously two experimental efforts to study
quantitatively these collective phenomena:
- Firstly, we will pursue our work, dedicated to the statistics of advected particles trafficking in
ordered and disordered media. A special attention will be paid to the transition from flowing to
congested states in model microfluidic networks.
- Secondly, we will take advantage of a unique artificial colloidal system to investigate the
collective behaviour of self-propelled particles. We stress that we will address for the first
time the question of the emergence and of the robustness of collective motion in random
networks.
4.2. Position of the project: Whys is it challenging?
Traffic flows in fluidic networks: advected passive particles
The simplest setup we can think about is the transport of small particles passively advected by a
Newtonian fluid through a channel network. In this limit, where there is not interplay between the
motion of the particles and the fluid flow, the transport problem is conceptually very simple. It is
in fact, formally equivalent to the determination of the electric current going through a network of
electric resistors. Whatever, the network geometry, it reduces to the resolution of a set of linear
equations. Conversely, the problem becomes much more challenging when the particle size

compares to the typical width of the channels, or to the distance between the obstacles. Indeed, the
particles then behave as “mobile clogs”, which locally modify the network conductivity, thereby
inducing large-scale flow disturbances. Similarly, cutting a single wire in an electrical network
would results in a global redistribution of the electric current, though the electrical conductivity is
only modified locally. In addition, we know that cutting a finite fraction of the wires in an
electrical network is enough to destroy it. Going back to the fluidic problem, this means that a
finite fraction of clogs is enough obstruct the network. However, what makes the problem much
more challenging in the fluidic context, is that the particles we want to transport are themselves
responsible for the obstruction. More precisely, the local (partial) clogging makes the particletransport
problem, nonlinear and nonlocal, as the local particle current depends a priori on the
position of all the other particles in the network. So far, the description of the transition from a
stationary flowing state to a jammed state where the particles remain trapped in the network is an
open problem (see also the state of the art section III). Precisely we purpose to provide a first
quantitative understanding of this problem, which is relevant for all the afore-mentioned examples
(Filtration, enhance oil recovery, blood microflows,…).
Traffic of self-propelled particles: collective motion and beyond
In the case of self-propelled particles, the traffic dynamics is already highly non-trivial even for
small particles. Self-propelled particles can be basically considered as random walkers having a
finite persistence length. The understanding of the diffusion of non-interacting particles in
heterogeneous media, and more specifically in disordered media, has drawn much attention over
the last 30 years. This canonical statistical mechanics problem is a paradigm both for transport
problems but also for the relaxation of disordered materials in their conformational space, see e.g.
[5]. The description of the collective traffic dynamics of motile agents in disordered fluidic
networks goes beyond this framework. It indeed requires to take into account the contact, and, or
hydrodynamic interactions between the particles, thereby making the theoretical description of
these systems utterly challenging. Again, this situation is relevant to all the traffic phenomena
discussed in the introduction. In fact, most of the studies on the collective behavior of selfpropelled
particles have hitherto focused on the emergence of collective behavior such as the
formation of large-scale cluster undergoing coherent motion in homogeneous media, such as the
one observed in fish schools, bird flocks, and bacterial swarms [12,14]. How can these results be
extended to the traffic in heterogeneous media such as disordered obstacle networks or random
channel networks? Despite the question sounds very natural when considering all the examples
given in the introduction (vehicle traffic in urban networks, contamination of soils and
cytoplasmic streaming, …), to the best of our knowledge, these questions have never been
addressed from a physics perspective.
Position of the project
In order to uncover the generic features of these two classes of traffic processes, we will
systematically combine concepts and tools from soft-condensed matter, statistical mechanics
and hydrodynamics. The project is in essence a fundamental research project. It will mainly
contribute to knowledge development. Also, more direct applications of our research must not
be eluded. To inspire and guide our questioning, we will definitely take advantage of our
current collaborations with one of our industrial sponsor, TOTAL, which has today a crucial
need of a physical input to achieve controlled and efficient enhance oil recovery in the highly
strategic heavy-oil fields. Finally, we hope to be capable of making statements relevant to
many research areas, possibly bringing new light to fields outside of fluid mechanics and softcondensed
matter.

4.3. State of the art: Why is it new?
We review briefly the state of the art to further stress on the originality and novelty of our
project. The following description is intentionally subjective. The reference list is not
supposed to be comprehensive but rather representative of our perspective on this project.
The transport problems we are interested in are connected to four main classes of studies
performed in very different contexts:
(i) Numerous experiments have been devoted to the filtration of solid particles in artificial
filters. For instance, the typical deep-bed-filtration experiments consist in flowing solid
particles through a random packing of hard spheres of larger diameter. So far, the experiments
have been focused on global and stationary quantities, such as the particle penetration length,
see e.g. [9]. Typically, the outcome of these experiments has been rationalized in the context
of percolation models [9]. The limitation to these experimental works is twofold. First, the
observation of the particle motion through membranes or bead-based filters is extremely
difficult if not impossible for concentrated suspensions. In addition, the geometry of such
random media cannot be controlled and tuned but merely characterized once formed.
Arguably, the microfluidic technologies are very well suited to overcome these limitations.
The lithographic technique are perfectly suited to devise obstacle networks with wellcontrolled
geometries, see eg [8] and Fig. 2a in section IV. In addition, the conventional
microfluidic devices offer perfect imaging conditions.
(ii) Over the last five years, much effort has been devoted to investigate the trafficking
dynamics of droplets in minimal microfluidic geometries, such as a single T-junction or a
single loop [6,7]. Despite the simplicity of the network geometry, these experiments have
revealed complex dynamics: multiple periods, chaos… The non-linearities, which make the
dynamics non-trivial, arise from the hydrodynamic interaction rule at the vertices of the
network. We have recently generalized these approaches to infinite 1D and 2D loop networks
[8]; see the first results in section IV. We are not aware of any other microfluidc traffic
experiments in extended networks.
(iii) From a more fundamental perspective, the traffic dynamics in a random fluidic network
can be considered as a depinning process in the strong disorder limit [10]. So far most of the
experimental investigations have been focused on the weak disorder limit, which
encompasses, the motion of elastic lines and elastic networks in random potentials such as
liquid-solid contact lines, magnetic domain walls. Conversely, the strong disorder limit
remains quite unexplored, even from a theoretical perspective. In the 90s Fisher et al proposed
a minimal model for the transport of particles driven in a strongly disordered network and
interacting dynamically. This model predicts several non-trivial collective behaviours,
including a continuous depinning transition above a finite fluid driving threshold [10]. As the
driving amplitude is increased the system experience a genuine phase transition from a static
state to a steadily flowing state, where the particles flow cooperatively through very sparse
subnetworks. So far, no experimental evidence of such a dynamical transition exists.
(iv) Finally, in a very different context, a surge of theoretical papers devoted to the dynamics
of interacting self-propelled agents has been published over the last ten years, see [11-14] for
extensive reviews. To keep a long and on going story short, two type of agent based models
have been successfully exploited to describe the fluctuations of traffic flows in simple
geometries: the Vicsek model [12], and the so-called exclusion processes (cellular automata)
[13], which are mostly restrained to 1D or quasi 1D systems. Successful condensed matter
and fluid mechanics approaches have also been put forward. However, these works mostly

focused on the structural properties of active suspensions and active gels [14]. Importantly,
despite the intense theoretical activity in this field, no description of the flow in
heterogeneous media has been discussed. Regarding the experimental studies, we shall note
that very few quantitative experiments are available [14]. The reason for this imbalance
between the number of theoretical predictions and of the experimental findings is precisely
the lack of well-controlled physical system. Only for artificial (dry) walkers, a neat minimal
system of vibrated polar disks has been achieved in [15]. The authors obtained the first
experimental evidences of the emergence of long-range collective motion. For active
suspensions, the two most promising options are: (i) the suspensions of robust living
microorganisms such as e-coli bacteria, or Chlamidomonas algii [16] and (ii) solutions of
autophoretic Janus colloids [17]. The main drawback of living microorganisms is the intrinsic
difficulty in identifying their « control parameters », which can merely be varied over a small
range, when identified. Autophoretic colloïds are very appealing when dealing with dilute
suspensions. Conversely, they are not suited for high concentration experiments. As a matter
of fact, the propulsion relies on chemicals reactions that release gaseous byproducts, and
therefore form numerous unwanted bubbles in the solutions. In addition, the need for constant
food/reactant supply makes impossible long experiments in confined geometries.
4.4. First results: Why can we (hope to) solve these questions?
We shall first introduce several preliminary results, which we have already achieved both for
advected and for self-propelled particles. Our motivation is here to stress to stress on the
feasibility of the new and ambitious projects, which we introduce in section 5.
4.4.1. Microfluidic traffic flows: Advected droplets
Figure 2: A- water droplets advected by a hexadecane oil flow in a regular post network. The three pictures
correspond to three different droplet injection-rates. The network invasion occurs between (a) and (b). Length:
9.75 mm. B-Variations of the number of particles in the central lane, N, and in the lateral lanes, Ñ, as a function
of the particle current j. From [8]. C-Total number of particles in the network as a function of time for j=1.2
j*=0.8 Hz. Note that (i) slow increases in N are followed by sharp decreases involving a very large number of
particles.
During the PhD of Nicolas Champagne, we devised efficient microfluidic solutions to study
the transport of emulsions in microfluidic networks [8], Fig. 2A. These tools are based on two
techniques, developed in our group (in collaboration with V. Studer): (i) Microfluidic
Stickers, which enable us to make solvent and mechanically resistant device, in order to
ensure a fast dynamic response and a long-term stability of the microfluidic flows [18]. (ii) A
simple but effective drop on demand device, which makes possible to control independently
the size, the velocity and the distance between microdroplets [19]. Thanks to these two tools,
we carried out the first study on the traffic flow in 2D networks of regular obstacle [8]. We

showed that the traffic dynamics is a non-linear process: the particle current does not scale
with the particle density even in the dilute limit where no particle collision occurs, Fig. 2B.
We have demonstrated that this non-linear behaviour stems from long-range hydrodynamic
interactions. Importantly, we have also established that there exists a maximal current, j*,
above which no stationary particle flow can be sustained, Fig. 2B. For higher current values,
traffic jams forms thereby inducing correlated ejections of the particles out of their the initial
path and the subsequent invasion of the network. We proved that the reason for this invasion
transition is akin to the formation of bona fide jams in vehicle-traffic flows, which display
current-density relations qualitatively comparable to the one observed in our minimal fluidic
setup. We also performed preliminary experiments above the network invasion threshold, and
demonstrated that the traffic dynamics is strongly intermittent in this regime. The traffic jams
form slowly and quickly break along the initially preferred path, which results in an
avalanche-like dynamics as illustrated in Fig 2. C. This first set of experiments revealed that
the traffic dynamics above j* yield non-Gaussian density fluctuations in the network, [8]. The
first axis of our project will be directly motivated by these first experimental findings.
4.4.2. Self-propelled colloids: Quincke rotators
Over the last four months, with Antoine Bricard (PhD), we have devised a new experimental
set-up to create, to manipulate, and to observe a new kind of self-propelled colloids in
microfluidic devices. In brief, we have taken advantage of an overlooked electro-rotation
phenomena discovered by Quincke more than a century ago [18-19]. The so-called Quincke
effect is an electrohydrodynamic instability, which arises when an insulating particle is
immersed in a weakly conducting fluid and subject to an homogeneous DC electric field, E.
Above a critical field amplitude Ec, the induced charge distribution around the particle
becomes unstable (supercritical), thereby inducing a net torque on the particle, which then
rotates at a constant angular velocity. The rotation vector is normal to the electric field, Fig.
3A. Our idea was basically to exploit this phenomenon, to build “colloidal rollers”. Indeed,
when a Quincke rotor lies on a solid surface, it should start rolling on it for electric fields
normal to the solid surface. This is precisely what we observed with commercial polystyrene
colloids in alcane oils. In Fig. 3B, we show the trajectories of an ensemble of 5 microns
colloids rolling on the surface of a microfluidic chamber made of a microfluidic sticker
(height 50 microns). As the induced polarization of the colloids spontaneously breaks the
rotational symmetry, the particles are prone to strong rotational diffusion in the directions
normal to the electric field. In addition, the angular velocity increases as (E-Ec) 1/2 .
Consequently, varying the electric field amplitude enable us to fine-tune the persistence
length of these self-propelled colloids, see in Fig. 3C.
The three major advantages of this novel system are: (i) Its lifetime is not limited by a finite
fuel reservoir. The particles stop only when the electric field is shut down. (ii) It is effective in
a wide range of surface concentration: from very dilute to close-packed colloids. (iii) As
opposed to biological systems for instance, the Quincke rollers, have a very limited number of
control parameters, which are well identified and that can be tuned over decades. These
unique properties open the way to a quantitative program dedicated to the collective dynamics
of motile particles in simple geometries and in random networks.

Figure 3. Quincke rotation: basic principle. A- Unstable surface charge distribution in a weakly conducting fluid
under uniform electric field is applied. The charge distribution evolve to reach a new stationary state, where the
resulting dipoles makes a finite angle with the external field, which results in a net torque on the particles which
rotate in the fluid. Close to an interface, the rotation is transferred in a translation. B: Trajectories of selfpropelled
Quincke rotators in the dilute regime, for three different values of the DC field. The persistence length
of the trajectories increases as the field magnitude increases. Scale bar: 100 microns. C: The mean squared
displacement plotted as a function of time for two field amplitudes. The red dots correspond to field amplitude
close to the rotation threshold (E=0.9 kV/mm). A clear crossover from a ballistic to a diffusive dynamics is
observed. The blue dots correspond to a high field regime (E=2.4 kV/mm).

4.5. Details of the scientific project: What do we want to do?
Again, the primary goal of this project is to understand the collective traffic dynamics of
driven, and motile, particles in fluidic networks. We propose a research program focused on
two main axes corresponding to two classes of experimental systems: 1-Advected droplets
and 2-Self-propelled colloids
4.5.1. Traffic dynamics of droplets driven in microfluidic netwroks.
The first scientific axis of the project is devoted to the case of passive particles advected in
microfluidic obstacle networks. We restrain ourselves to the high current limit (j>j*), see
section 2.2, in which the particles can explore the whole network. Using large droplets, the
advected particles strongly hinder the flow of the continuous phase, and therefore experience
strong hydrodynamics interactions. Note that, using deformable particle greatly facilitates the
experiments, as they allow us to use the same device for several consecutive experiments and
to avoid permanent obstruction of the microchannels.
Generically, the local mobility of the droplets is a nonlinear function of the local capillary
number, Fig. 4. We recall that, the capillary number Ca compares the shear stress to the
Laplace pressure in the droplets and is defined by: Ca=hV/g, where h is the shear viscosity of
the continuous phase, V its local velocity and g is the surface tension. A “critical” capillary
number, Ca*, distinguishes two asymptotic limits: Weak clogging. If Ca>Ca* everywhere in
the network, no obstacle can permanently stop the particles. This typically corresponds to
networks made of channels having a constant width. Strong clogging: oppositely, if locally
Ca

definitely convinced us that the trapping time could exceed the typical exit time of an isolated
droplet by several orders of magnitude.
These questions are in principle, connected to optimization problems. As a matter of fact, for
droplets advected in a pipe network, we know that at a vertex, a droplet follows the direction
where the elongation rate is maximal. Therefore, it can be shown that these trajectories
correspond to the path followed by a particle, which would explore a tilted random potential
according to the steepest descent algorithm. The corresponding random potential is linearly
related to the local conductivity (or permeability) field of the fluidic network in a nonlocal
manner. We expect this analogy will give us access to new tools to investigate the statistics of
the trajectories in disordered networks.
4.5.1.2. Strong clogging: Clogging/Unclogging transition.
We propose to study the clogging/unclogging transition in networks filled with deformable
particles in the strong clogging regime. For an isolated droplet, the exact resolution of the
hydrodynamic problem is complex. However, it is conceptually simple at a qualitative level,
see Fig. 4. As the particle density is increased, the problem becomes highly non-trivial as it
involves a large number of hydrodynamically coupled particles in a strongly disordered
environment. Firstly, we purpose to measure how the mean droplet current at the outlet varies
as we increase the imposed driving pressure, and the particle density. It is very likely to
observe a continuous “depinning” transition from a creep to a stationary flow regime. In [10]
Watson and Fisher considered theoretical model close to the proposed set-up. They uncovered
a continuous “second order” transition from static to stationary flows through the network.
Interestingly, close to the onset of the network congestion, the flow was shown to take place
along very sparse sub-networks of flowing channels.
We will analyze the typical size and the shape of the mobile regions close to the unclogging
transition, by measuring the displacement-displacement two-point correlation functions. We
will study the variations of the corresponding correlation length close to the unclogging
transition. Another quantity, which will be simply accessible in our experiments, is the
lifetime of the flowing regions, which should diverge at the onset of the network unclogging
if the transition is indeed a genuine dynamic critical phenomena. Our first experiments will be
performed in wide microfluidic Hele-Shaw cells including random (but controlled)
distributions obstacles (posts).
4.5.2 Traffic flows of self-propelled particles in simple and disordered geometries.
As mentioned above, we have already exploited the Quincke effect to devise a new
experimental set-up intended to manipulate and to observe artificial active colloids. We are
currently investigating the individual dynamics of these particles, which is a necessary first
step prior to any traffic experiment. We are currently characterizing the statistics of the
persistent random walks performed by colloidal rollers: e.g. the variations of the velocity and
of the persistence length with the applied field and the size of the colloid. Once this first set of
results will be obtained, we will proceed to the collective dynamics of Quincke rollers.
4.5.2.1. Motile colloids in homogeneous media: emergence and stability of colloidal
swarms.

Figure 5. A- and B-Sketch of Quincke rollers in a Hele-Shaw microfluidic cell. Top views. A-Dilute system,
uncorrelated velocities. B- Concentrated system: Collective directed motion? C-Tentative phase diagram.
The first series of experiment will focus on homogenous channel geometries, namely wide
isotropic shallow cells. The following question will be addressed first: can one observe a
spontaneous collective and directed motion, viz. can Quincke rollers form swarms? An
experimental fact, strongly suggests than a spontaneous symmetry breaking should occur in
this system at sufficiently high concentration. As a matter of fact, it has been shown, that
when an external macroscopic shear is applied to a suspension of Quincke colloids, they all
rotate coherently, with the imposed fluid vorticity. This symmetry breaking enforced by the
external drive results in an electrorheological shear thinning [19]. When rolling on a solid
substrate, the colloids induce a net flow over distances comparable, at least, to their diameter.
This induced flow is therefore expected to orient the rotation of the surrounding particle and
yield correlated motion. At sufficiently high concentration, this local coupling is expected to
propagate up to the system size. Practically, the height of the microfluidic channels containing
the colloids will be chosen much larger that the colloid diameter to maximize the
hydrodynamic couplings (height~100 microns, for micron size colloids). To check our
prediction, we will measure the average particle velocity for increasing concentrations and
electric field amplitudes. To distinguish between a crossover regime and a spontaneous
symmetry-breaking scenario, we will measure the velocity-velocity correlation length and the
lifetime of the coherent clusters as a function of the electric field amplitude for various
concentrations. The magnitude of the E field is the parameter, which we control with the
better accuracy. We shall notice that, this phenomenology is not opposed to the instability the
polar phases predicted by the current models for active suspensions [14]. This theoretical
prediction indeed applies only to anisotropic particles, having a velocity slave to the particle
orientation. In our experiments, the translation speed of our colloids is not set by any
permanent shape asymmetry; the direction of the roller velocity is set by its surface charge
distribution, which is only weakly slaved to the geometrical orientation of the particle. In
addition, the hydrodynamic coupling between two Quincke rollers is likely to differ from the
conventional force-dipole picture. Therefore, our system will not process the two features
responsible for the destabilization of the splay/bend modes of the active polar phase [14].
To rationalize quantitatively our experimental findings, we will pursue our ongoing work on the
modeling of active suspensions in collaboration with Eric Lauga UCSD. In line with the remark
made above, we will need first to construct a realistic model for the roller-roller scattering
process. These models will be built upon the experimental characterization of the roller-roller
collision rules, which we will extract from direct image analysis in dilute systems.
4.5.2.2. Traffic dynamics along colloidal roads.
As a first step toward the traffic in more complex geometries, we will investigate, the
collective dynamic of Quincke colloids along a 1D track, see Fig. 6. The colloidal tracks will
be made by direct lithography on a conducting glass slides (ITO coating). The colloids will be

let to sediment from a dilute suspension. As no injection channels will be needed, we will
achieve perfect periodic boundary conditions.
Figure 6. A-Sketch of Quincke rotators rolling coherently along a circular track. B-Car rolling on a circular
road, from [41].
A single particle should undergo a 1D persistent random walk. For Brownian colloids at
equilibrium, this setup is a prototypal realization of single-file diffusion dynamics, as
demonstrated in [24]. What is the collective traffic behavior of the self-propelled rollers? The
particle will interact hydrodynamically and via the electrostatic dipole-dipole repulsion at
short distances, which will result in non-trivial collision rules. If a moving colloid “pushes
electrostatically” one of its neighbor, the induced translation should result in a net rotation
along the same axis as the incoming particle. Therefore coherent motion is expected along the
1D road, in strong contrast with the subdiffusive equilibrium behavior [24]. We will test this
hypothesis and measure both the size and the lifetime of the colloid trains moving coherently.
Somehow related models for coupled molecular motors, suggests that the collective dynamics
should display a strong persistence [25].
By applying an external shear on top of the circular track, we will also explicitly break the
symmetry and enforce coherent clockwise motion. We will use this protocol to reproduce the
macroscopic vehicle traffic experiments shown in Fig. 6B [26]. We will test the emergence of
spontaneous jams without bottleneck. To rationalize our findings, we will characterize and
model the current-density constitutive relation in this elementary 1D geometry. These
experiments will allow us to check the relevance of such microfluidic experiments as analog
simulators of macroscopic traffic flows.
4.5.2.3. Traffic dynamics in ordered and disordered 2D networks.
The first traffic experiments in a non-trivial 2D geometry will be performed in a periodic
channel network, Fig. 7A. The size of the particles will be comparable to the channel width
(typically 5 microns), and the channel length will be chosen larger that the colloid diameter,
thereby making the electrostatic interactions between the particles negligible in the dilute
regimes. As we showed it in [8], in the case of advected particles, the perturbation to the flow
induced by the motion of a single roller will have a dipolar symmetry, whatever the specifics
mechanism responsible for the self-propulsion at the colloidal scale, Fig 7B. This property
will make our observations and our predictions independent on the type of self-propelled
particle at work.
Before investigating the emergence of collective behavior, we will first address a simpler
question: is an ordered traffic flow stable? We will use dilute systems of Quincke rollers
forced to flow in a given direction by applying and external pressure difference to the
microfluidic device. When the pressure difference is set to zero, all the colloids should keep
on rolling along the same direction, Fig. 7A. The resulting dipolar perturbations around the
rollers could in principle destabilize the unidirectional motion, Fig. 7B. A first question is
then: can the dipolar interactions result in the “meting” of the ordered traffic? The
consequences of this “structural” change on the transport properties will be investigated as

well by measuring, for instance, the variations of the particle current at the outlet as a function
of the particledensity and the particle speed. After having characterized the stability of the
ordered unidirectional traffic, we will be ready to address the question of the emergence of
collective motion in absence of any external bias in a periodic network. We will then move on
to the ultimate goal of this project. We will devise random fluidic-networks (using the same
technique as in V.2.2), and will check whether spontaneous correlated motion can arise in
such disordered media. To do so, we will most certainly begin with the simple geometries
sketched in Fig. 7C and 7D, namely: (i) tree-networks (loop free) and (ii) random obstacle
networks. Finally, we note that all the questions addressed for the traffic of driven droplets in
disordered networks would deserve to be addressed in the case of motile particles: what is the
escape-time distribution, and obviously can traffic jams form spontaneously and yield
network congestion. The tasks we have briefly described in this proposal are obviously the
very first steps toward a long-term and ambitious research program.
Figure 7. A-Traffic of active rollers on microfluidic square lattice. B- Dipolar pertubation induced by a motile
particle moving in a homogeneous fluidic network. The flow disturbance results from the local perturbation of
the channel conductivity by the mobile particle.
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formation of a jam. New Journal of Physics 10 pp. 033001, (2008)

DEMANDE D'UN CONGÉ POUR RECHERCHES OU CONVERSIONS THÉMATIQUES
AU TITRE DES SECTIONS DU CONSEIL NATIONAL DES UNIVERSITES
ANNÉE 2012 – 2013
---------------------------------------------
(DEMANDE A REMPLIR PAR L’ENSEIGNANT-CHERCHEUR, EN DOUBLE EXEMPLAIRE)
Établissement d’affectation : UNIVERSITE PARIS-DIDEROT –PARIS 7
Composante : UFR de Physique
NOM patronymique : COURBAGE
Prénoms : Maurice……………………… Date de naissance : 21../…03./…1945.
Corps : …Prof.… Grade : …CE1……………. Emploi occupé n° : ………. Section du CNU : 29
J’ai l’honneur de demander un congé pour :
□ Recherches □ Conversions thématiques □X Recherches et conversions thématiques
Au titre de la section du Conseil national des universités n° 29……………… (2)
Intitulé Constituants Elémentaires
□ D’une durée d’un semestre (1) ou □ X d’une année (1)
Par période de six ans passée en position d’activité ou de détachement.
CRCT déjà obtenu (s) : …………………………………… Dates : …………………………………………..
A ……………Paris ……………le 24/1/2012
Signature de l’enseignant-chercheur
AVIS DU DIRECTEUR DE L’UFR Date et signature

CURRICULUM VITAE
Etat civil : Maurice COURBAGE, né le 21/3/1945, 3 enfants.
Professeur Université Paris 7- Denis Diderot, CE1
UMR-CNRS 7057 "Matière et Systèmes Complexes"
10, rue Alice Domon et Léonie Duquet- Bât Condorcet, porte 718A
75205 Paris Cedex 13
TEL 01 57 27 62 82 – Fax 0157 27 62 11
maurice.courbage @ univ-paris-diderot.fr
FORMATION
1977 Doctorat d’Etat belge en Sciences
Université Libre de Bruxelles - Mai 1977.
Titre : Sur la dynamique des phénomènes quantiques irréversibles
Jury : R.Balescu, J.-M.Combes, Cl.Georges, A.Grécos, I. Prigogine, J. Reigner, A.
Verbeure.
1970 Doctorat de 3ème Cycle en physique théorique
Université d'Aix-Marseille II - Octobre 1970
Titre : Densité des particules pour les gaz de Bose
Directeur de la thèse : D.W.Robinson. Jury : S.Miracle-Solé, M. Sirugue, D.W.
Robinson.
1968 DEA de Physique Théorique (Marseille )
1964 - 1967 Ancienne Licence-ès-sciences physiques (Strasbourg et Marseille :
1964-1967). 7 Certificats .
1973 Maîtrise de mathématiques et applications fondamentales (Marseille )
Qualification pour les fonctions de Professeur d'Université en 26ème, 28ème et
29 ème sections.
EMPLOIS
1967 - 1969 Moniteur à l'Université de Marseille
1970 - 1973 Assistant à Marseille-Luminy - UFR de Physique
1974 - 1982 Chercheur Qualifié à l'Université Libre de Bruxelles - Service de
Chimie Physique II
1982 -1985 Chercheur mi-temps à l'Université Libre de Bruxelles - Service de
Chimie Physique II-
1982 Assistant associé à l'Université Paris 7 - UFR de Physique
1988 Maître de Conférences
1998 Professeur deuxième classe
- 1 -

2001 Professeur 1ère classe
2008 Délégation auprès du CNRS pour 6 mois
2009 Professeur classe exceptionnelle
SUJETS DE RECHERCHE
Dynamique non linéaire de l'activité neuronale
Dynamique des systèmes étendus, chaos spatio-temporel, automates cellulaires
Mécaniques statistique quantique hors d’équilibre, interactions atomes photons,
équations maîtresses,
Transport , diffusion et entropie des systèmes chaotiques classiques
I. PUBLICATIONS : voir liste en fin de document
II. ENCADREMENT
Contrats de recherche et d’encadrement doctoral - le Ministère de l’Education (1990-
2011)
Thèses de Doctorat :
C. Coutsomitros, Université de Bruxelles 1980 - 1982 , encadrement partiel, une
publication.
S. Yasmineh, 1994, Propriétés chaotiques des ondes dans les automates cellulaires.
Université Paris 7 - Soutenue le 10 Juillet 1998 : 100%
Mathieu Bernardo Université Paris 7 Octobre 1998 : ( Entropie directionnelle et
chaos spatio-temporel). Soutenance : 21 Juin 2001 (Co-tutelle avec T. Truong)
Julien Kockelkoren, Université Paris 7, Octobre 1999, Directeur de thèse.
(Encadrement avec H. Chaté CEA: " DYNAMIQUE HORS D'EQUILIBRE ET
UNIVERSALITE EN PRESENCE D'UNE QUANTITE CONSERVEE" dans les
applications chaotiques couplées sur réseau). Soutenue le 19/12/03
Marc Senneret, Chaos et ergodicité pour une famille de modèles neuronaux,
début de thèse septembre 2003. Soutenance le 15 juin 2007. 100%
Majid Saberi (dans le cadre de la coopération Franco-iranienne)
Chaos, entropie et durée de vie dans les systèmes classiques et quantiques ,
début de thèse : Juin 2003 - Soutenance le 19 juillet 2007. 100%
Post-doctorants
D.Hamdan, Laboratoire de Probabilités 1990-1994. Nos résultats lui permettent
d'obtenir un poste de MCF à Troyes en 1993.
T. Gilbert - ATER Paris 7 1999-2000 – Phd avec Prof. Dorfman, Maryland. Mécanique
statistique hors d'équilibre et systèmes dynamiques.
- 2 -

Lianchun YU- Postdoc – MSC- - Deux ans à partir du 1/11/2012 – Système neuronal
respiratoire en collaboration avec Laurence Mangin PH Bichat
Stages de M2 (DEA)
Jean-Guillaume Malherbe, (ondes chaotiques et automates cellulaires) DEA de
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Clément Quaquin (Lois d’échelle pour l’entropie). DEA de Physique Statistique de
CERGY, mars - avril 1997.
Marc Senneret (Dynamique neuronale) DEA Physique du Solide Décembre 2002-
Mars 2003
Hadrien Bosetti (Chaos, Transport et Cinétique des systèmes hamiltoniens) DEA
Physique des Liquides Janvier – juin 2003
Cédric Allio (Dynamique nonlinéaire dans les systèmes neuronaux) M2 Physique
Théorique Matière Complexe, 15/1 – 15/5, 2008.
Farid Sarraj ( Dynamique quantique de la décohérence) M2 Physique de La Matière
Condensée, 2008
Wahb ETTOUMI ( Ergodicity and transport in billiard systems) M2 Physique
Théorique Matière Complexe, 15/1 – 15/5, 2010
Osman Kahraman (Nonlinear Synchronization in Neurodynamics) M2 Physique
Théorique Matière Complexe, 15/1 – 15/5, 2010.
Loïc Damet ( Modélisation du circuit respiratoire) - M2 Physique Théorique Matière
Complexe, 15/1 – 15/5, 2011.
Marine de Mazancourt ( Modélisation du circuit respiratoire) M2 de biologie des
systèmes cellulaires – A partir du 10/2/2012 en collaboration avec Laurence Mangin
PH Bichat
Stages de maîtrise (M1) Etudiants de Paris 7:
A. Loulergues : Instabilités de structure dans les systèmes dissipatifs 1990.
Dupré : Chaos et attracteurs étranges dans les systèmes dissipatifs 1990.
F. Fettar : Instabilités, bifurcations, chaos (1993).
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E. Archetti : Attracteurs étranges (1995).
A. Campana : Instabilités, attracteurs étranges et dimension fractale (1995).
C. Legergean: Expériences physiques de dynamique chaotique (1997)
P. Girard : Oscillateurs paramétriques linéaires et non linéaires. Mai-Juillet (1999)
Walid Tayebi : « Une bille rebondissant sur un plateau vibrant : du doublement de
période au chaos ». Mai-juillet 2004
Etudiants de Paris 6 –stages L3:
C. Barbachoux: Théorie mathématique du chaos (Stage: Juin-Juillet 1996)
Richard Manceau : Chaos - Juin-Juillet 1998
Etudiants d'Orsay - L3
Robin Cao : Fluides modélisés par automates cellulaires Juin- Juillet 2008
Tuteur du stage de maîtrise d'étudiants de Paris 7:
Solen Le Floch - EADS- Mai-Sept. 2000
« Etude des vibrations produites par une fusée »
Gregory Soraye- Lab. Physqiue Statistique - U. Cergy -Pontoise- Mai-Juillet 2005
"Exactly solvable models in Stat. Mechanics" - RJ. Baxter
Pierre Delplace- LPTMS- Effet Tunnel et Condensation de Bose Einstein Mai-Juillet
2006
Chantal Mougniot- CEA Cadarache, Traitement du signal dans les plasmas Mai-Juillet
2006
JURYS et RAPPORTS
Rapporteur des thèses de doctorat de M. Benchetta à Paris 7 (1991), M. Romanin à
l'Université La Trobe (Melbourne) 1992 et M.Karzazi, Paris 6 (1998), M. P. B.
NDJOKO (Université de Dijon 2012). HDR de B. Cazelles Paris 6, (2003), HDR X.
Leoncini (Université Aix-MarseilleIII, 2006) .
Rapporteur sur la promotion du prof. T. Solomon au grade de Full professor, à la
demande de l’Universté de Bucknell (USA) 2007.
Membre du Jury de thèse de S. Bottani Paris 6 (1996) , J. Godelle , Rouen (1999),
Sara Franchescini, Paris 7 (2001), D. Karamanos, Univ. Libre de Bruxelles (2002).
- 4 -

III. RAYONNEMENT
VISITES SUR INVITATION
Mai 1981 trois semaines au Département de Mathématiques de l'Université
de Rome (prof. G.Gallavotti).
Mars 1982 un mois à l'Université de Leipzig.
Oct 1984 une semaine au Centre de Recherches de Mathématiques Appliquées de
l'Université de Montréal.
1985-2002 Visites à l'Université Libre de Bruxelles
(Centre Non linéaire et Instituts Solvay).
Mars 1993 un mois à l'Université d'Austin au Texas.
Nov 1998 une semaine au Department of Applied Mathematics and
Theoretical Physics - Cambridge University- G-B.
Avril 2001 un mois au Courant Institute of Mathematical Sciences, New York
University .
Mars 2003 15 jours à l’Université de Torun (Pologne)
Mai 2003 Senior Fellow du programme « Symplectic Geometry and Physics »
15 mai-13 juin, Institute of Pure and Applied Mathematics, UC LA-
USA.
Août 2004 Visite à l'Université de San Luis de Potosi-Mexique (Optics &
communications Institute) du 6-12 Août
Mai 2005 Visite d'unne semaine à l'Université d'Annaba en Algérie pour
conférences,
1- 7, Mai 2005.
Avril 2007 Prof. Invité un mois à UC Berkeley pour recherches au Dpt Electrical
Engineering and Computer Sciences.
Décembre 2009 - Décembre 2010 - Décembre 2011 Séjours de 12 jours chacun à
l’université de Torun (Pologne) – PAI - Polonium
Responsabilités d'édition internationale
Editor-in-Chief de « Chaos, Solitons, Fractals » - Elsevier (depuis mars 2010)
Membre du « International advisory editors board » de la revue "Communications in
Nonlinear Science and Numerical Simulations " (Elsevier) Depuis 2003.
- 5 -

Standing member of Editorial Board of « World Journal of modelling and Simulation »
Published by World Academic Press, England, UK http://www.wjms.org.uk/
Membre du « Advisory board » du Journal « Discontinuity, Nonlinearity and
Complexity » L&H editor 2012
Membre du « Advisory board » des deux collections éditées par "Elsevier":
"Book series on Advances in Nonlinear Science and Complexity" 2004-2006
"Monograph Book series on Advances in Nonlinear Science and Complexity" 2004-
2006
Membre du « Advisory board » de la série « Transactions of Nonlionear Science and
Complexity », World Scientific, 2007-2008
Membre du « International Advisory board » de la série d'ouvrages « Nonlinear
Physics Science », Higher Education Press (Beijing) and Springer-Verlag 2008-
http://www.springer.com/series/8389
Membre du « Advisory board » de « SERIES ON COMPLEXITY, NONLINEARITY,
AND CHAOS » World Scientific- 2008 -
http://www.worldscibooks.com/series/scnc_series.shtml
Membre du comité des programmes de «International Symposium on Nonlinear Waves
Physics 2003 » Nizhny Novgorod 6-12 septembre, 2003
Membre du comité des programmes de «International Conference on Nonlinear Waves
Physics, 2005 » St-Petersourg - Nizhny Novgorod 2-9 août 2005
Membre de « International Scientific Committee of Third Intrnational Conference on
Complex Systems and Applications»- Le Havre- 29/06/ au 2/07 / 2009 http://wwwlih.univ-lehavre.fr/~bertelle/iccsa2009/iccsa2009-committee.html
Membre de « International Program Committee of Third Conference on « Nonlinear
Science and Complexity»- Ankara- 28-31/07/ 2010. Turkey
http://nsc10.cankaya.edu.tr/committee.php
Membre du Scientific Program committee of the second workshop SPMCS -Wuhan
China 23 - 27 october 2010.
http://sites.google.com/site/spmcsinternationalworkshops/home/2nd-workshop-
1/scientific-program-committee
Membre du Scientific Program committee of The International Conference on
Nonlinear Dynamics and Complexity July 23-29, 2012, Jinan, Shandong,
China.http://www.lhscientificpublishing.com/conference/NDC-Committee.html
Echanges internationaux et accueil de visiteurs
- 6 -

Les chercheurs étrangers suivants ont effectué depuis 1995 plusieurs séjours mensuels
par an au LPTM/LPTMC et à MSC:
B. Kaminski (Torun, Pologne) : Prof invité P7, contrat PAST 2002-2005 et PAI
Polonium (Egide) d'échanges 2009-2012.
Prof. invités Paris 7: V. Afraimovich ( Mexico), Ch. Beck (Queen Mary/ Londres ), C.
Baesens (Cambridge), L. Bunimovich (Georgia Tech), V. Nekorkin (Russie), M.
Rabinovich (San Diego). G. Zaslavsky (Courant Institute, NY): à titre personnel.
Collaborations locales actuelles:
D. Hamdan (MCF), J.P. Thouvenot (DR ) Théorie ergodique, Labo. de Probabilités
Paris 6
B. Cazelles (Prof. Lab. Ecologie Paris 6/ENS) : Synchronisation/ Biologie
J-G. Malherbe ( MCF à Créteil) Réseaux d'applications couplées
J.- P. Allouche , LRI Orsay (Automates Cellulaires)
Autres collaborations extérieures :
Thomas Durt (actuellement Professeur de Physique, Ecole Centrale de Marseille)
M. Saberi, Post doc USA - IRAN
Pr J.P. Boon, Pr G. Nicolis, ULB : Center for Nonlinear and Complex Phenomena,
Bruxelles,
Prof. L. Chua, UC Berkeley (automates cellulaires)
Referee permanent de "Journal of Physics" / "Institute of Physics", Bristol, Grande-
Bretagne,
"Ergodic Theory and Dynamical Systems" , "Nonlinearity" (G.B.) , "Physica Scripta"
(Suède), CHAOS, Journal of Statistical Physics (USA). Phys Rev. E
Rapporteur régulier à "Mathematical Reviews".
CONFERENCES SUR INVITATION
* Colloque sur les structures dissipatives, Gand, Belgique, mars 1979 (20 min).
* International Seminar on Mathematical Theory of Dynamical Systems and
Microphysics,
CISM, Udine, Italie. Septembre 1985 (2 conférences de 50 min).
* Colloque " Complexity in Natural Sciences", Florence, Juillet 1980 .
• Colloque "Temps et devenir" de Cerisy-La Salle (France) 20-27 juin 1983 (40 min,
invitation).
* Nato Adv. Stud. Institute on Information Dynamics, Irsee, RFA, Juin 1990 (35 min).
- 7 -

* International Symposium " Time, Dynamics, Chaos". Fondation Les Treilles,
Tourtour
(le Var), 16-21 juillet 1991 (40 min).
* Workshop " The Paradigm of Self-organization", Wilbad-Kreuth RFA, Sept
1991(50 min).
* International Symposium "Time, Chaos and Resonances", Les Treilles, Juin 1994
(35 min, invitation).
* Banach Center Symposium on Ergodic Theory and Dynamical Systems, Juin 1995
Varsovie (45 min).
* International Conference on Nonlinear Dynamics, Chaotic and Complex Systems,
Zakopane, Pologne Novembre 1995 (25 min).
* International Workshop on Lattice Dynamics", Jussieu 21-23 juin 1995 (30 min).
* Conferences - Débats du CNRS / Gif-sur-Yvette, "Temps et Chaos", 2 février 1996.
* Colloque International "Problèmes Actuels en Mécanique Quantique, Cosmologie et
Univers Primordial", Peyresc (Alpes de Haute-Provence), 22-31 Juillet 1996 (50
min).
* Colloque "Probabilistic Extensions of Classical and Quantum Dynamics", Fondation
Les Treilles, Tourtour (le Var), 4-10 Juillet 1996 (35 min).
* International Conference-School "Dynamics, Stochastics & Complexity Theory and
Applications" Marseille-Luminy , 2-7 septembre 1996 (50 min.)
* Workshop-Symposium "Mathematical Physics: Hyperfunctions, Operator Theory
and Dynamical Systems" Bruxelles, 6-12 Janvier 1997 (60 min).
• Invitation à la Conférence "Ergodic Theory and Dynamical Systems" du 7-13
septembre 1997, Sclerzsa Poreba, Pologne.
* Conférence satellite de Statphys "Aspects probabilistes et thermodynamique
des systèmes dynamiques" , Bruxelles , Juillet 1998 (30 min).
* Journée " Mathématiques discrètes et application à la physique", mars 2000,
jussieu, Paris
(45min)
* Symposium"Time's Arrow; Irreversibility from quantum systems to biological
evolution" / European meeting on cybernetics and systems reasearch- Vienne
avril 2000 (30 min)
* Conférence Ergodic Theory and Dynamical Systems, Torun (Pologne 2000), 1-7
Septembre (30min)
* International Conference « Progress in nonlinear science » Nizhny Novgorod, 2-6
- 8 -

juillet, 2001.
* Workshop « Ergodic Theory and Topological Dynamics », in honour of J.
Kwiatowski, Torun 17-22 , Janvier, 2002.
* « International Workshop on Transport and Complexity in Classical and Quantume
Dynamics, Carry le Rouet (France) 24-28 juin 2002-11-16
* Workshop « Complexity : Microscopic and macroscopic aspects » in homour of I.
Prigogine, Fondation Les Treilles, Tourtour France, 8-14 July 2002
* Workshop « Symplectic Geometry and Physics » , May 15 – June 13 (2003),
Institute of Pure and Applied Mathematics, UC L.A. Los-Angeles USA. Deux
conférences de 45 min.
Deux cours - conférences à « International Summer-School : Chaotic Dynamics and
Transport in Classical and Quantum Systems » August 18 - 30 , 2003, Cargèse Corse
(France) –ASI (Advanced Study Institute)- OTAN
«International Symposium on Nonlinear Wave Physics 2003 » Nizhny Novgorod 6-12
septembre 2003.
Workshop on Chaotic Transport and Complexity in Fluids and Plasma, June 20- 25,
2004 - Carry le Rouet (France)
Special session on Cellular Automata and Multidimensional Symbolic Dynamics, June
16 - 19, 2004, by the American Institute of Mathematical Sciences (AIMS) fifth
international conference on Dynamical Systems and Differential Equations. California
State Polytechnic University, Pomona
XXV International Colloquium on Group Theoretical Methods in Physics, 2-6 August
2004 Cocoyoc, Mexico, session « Semigroups, time asymmetry and résonances ».
Conférence Internationale " Complex Systems Intelligence and Modern Technology
Applications " 19-22 september, 2004, Cherbourg, France (organisateur d'une session:
Systèmes Chaotiques)
3rd International Workshop on Pseudo-Hermitian Hamiltonians in Quantum Physics-
Koç University, Istanbul, June 20-22, 2005 : « Friedrichs models, Kaon decayregeneration
and irreversibility »
«International Conference on Nonlinear Waves Physics 2005 » St-Peterbourg - Nizhny
Novgorod 2-9 août 2005 : « Some developments in the theory of complexity of
dynamical systems » .
6th School-Workshop on Nonlinear Dynamics, Chaos and Applications, Yalta,
Crimea, Ukraine, 15-26 May, 2006
London Mathematical Society Durham Symposium »Dynamical Systems and
Statistical Mechanics », 3- 13 July 2006
- 9 -

International Conf. Nonlinear Science and Complexity 7-12 August 2006, Pékin, Chine
( Emergence of chaotic attractors in neural systems, )
Rencontre autour de la propagation d’information dans les automates cellulaires, 19-21
février 2007 ENS Lyon- Exposants de Lyapounov et entropie directionnels des
automates cellulaires.
Chaos, Complexity and Transport: Theory and Applications, Marseille (Le Pharo
area), France, June 4-8, 2007- Complexity and Entropy in colliding particle systems ».
International Conference « Frontiers in nonlinear physics », Nighny-Novgorod, Russia,
July 3 -9, 2007 ( plenary talk. title : Dynamical chaos and entropy increase)
International Workshop-School Chaos and Dynamics in Biological Networks, Cargèse
Corse, May 5-9, 2008: Chaotic bursting oscillations in neural models.
Workshop “Mathematical Modeling in Neuroscience” July 16-18, 2008 Kyiv,
Ukraine : Chaotic bursting oscillations in neural models
Conference "Nonlinear Dynamics: New Directions", May 10 -14, 2010, Guanajuato,
Mexico. " Directional Lyapunov exponents in Cellular automata".
Seccond International Workshop-School « Chaos and Dynamics in Biological
Networks », Cargèse Corse, May 3-8, 2010. Titre: Return time statistics and anti-phase
regularization in coupled chaotic maps modelling bursting oscillations
Conference “Living Nonlinear Dynamics” - Misha Rabinovich birthday symposium,
UCSD, La Jolla, USA, April 21-22, 2011 ; Titre: Coupled Maps in Neuroscience
Workshop « From Chaos to Complexity », 6 - 8 July 2011, Warwick- UK- Titre: On
synchronisation of coupled neural spiking-bursting maps
COMMUNICATIONS - Colloques, conférences
* International Seminar on Mathematical Theory of Dynamical Systems and
Microphysics,
CISM, Udine, Italie. Septembre, successivement en 1979 (20 min), en 1981 (20 min)
* Second International Workshop on Non Linear and Turbulent Processes in Physics,
Kiev
octobre 1983 (30min).
* STATPHYS 16 (Conférence internationale de physique statistique), Boston,
Août 1986 (15 min).
* Rencontres de Physique Statistique, Paris, ESCPI, Paris (3 exposés courts 1982-
1994).
- 10 -

* "STATPHYS 18" (Conférence internationale de Physique Statistique) Berlin,
Août 1992 (20 min).
* Dynamics Days, Budapest, Juin 1994 (Poster).
* Rencontre de Physique Statistique , Paris 1998 (exposé court par S. Yasmineh)
* Rencontre du nonlinéaire, mars 2000 , Paris (exposé court J.-G.Malherbe)
* Rencontre de Physique Statistique , Paris 2001 (expose court par J.G. Malherbe)
* Rencontre du nonlinéaire, mars 2001 , Paris (exposé 20min par B. Cazelles )
* Rencontre de Physique statistique, Janvier 2006, Paris ( exposé court- Lyapounov
Spatio-temporels)
* Rencontre du Nonlinéaire, Mars 2006, Dynamique Nonlinéaire des neurones
* Rencontre de Physique statistique, Janvier 2007, Paris ( exposé court par M. Saberi-
Entropy increase of Lorentz Gas)
*Poster Chaos, Complexity and Transport: Theory and Applications, Marseille (Le
Pharo area), France, June 4-8, 2007 - Chaotic oscillations in a map-based model of
neural activity.
*4ème rencontre MSC - 14-16 Avril 2008, Villers-sur-Mer: Une approche de
dynamique nonlinéaire en neurosciences
SEMINAIRES
Séminaire Instituts Solvay, Université de Bruxelles, décembre 1978
2 séminaires Université de Rome, mai 1981
Centre de Physique théorique, Marseille, octobre 1981
4 Séminaires au Département de probabilités, Bruxelles 1981
2 Séminaires au Département de physique de l'Université de Leipzig, octobre 1981
2 Séminaires à la Fondation Louis de Broglie Paris1983 et 1988
Séminaire Hausdorff (Lab.Quemada), Paris , Université Paris 7, mars 1986
Séminaire Synergie et Cohérence (Dept Environnement), Université Paris 7, 1988
5 Séminaires Laboratoire de Physique Théorique et Mathématique, Paris 7, 1984, 1988,
1993, 1994, 1995
2 Séminaires au département de physique à Austin (USA), 1993
- 11 -

2 Séminaires "Théorie Ergodique" , Laboratoire de Probabilité, Paris 6, 1993, 1994
2 exposés au Séminaire Non Linéaire Université de Bruxelles 1993, 1998
Conférence au Palais de la Découverte dans le cadre de l'exposition "Chaos", le 3 juin
1994.
Séminaire "Théorie Ergodique" Novembre 1997
Séminaire Department of Applied Mathematics and Theoretical Physics - Cambridge
University- G-B Novembre 1998.
Séminaire au King's College Research Centre /Spatially-Extended Dynamics
Cambridge Novembre 1998: ondes chaotiques et automates cellulaires
Séminaire Queen Mary & Westfield College /School of Mathematical Sciences
Londres Novembre 1998: Equation de Chapmann Kolmogorov dans des
transformations qui préservent les aires.
Séminaire Courant Institute (NY) avril 2001
Austin , Texas (USA) Physics Dept.: avril 2001automates
cellulaires , entropie directionnelle et ondes chaotiques.
Séminaire de Théorie Ergodique , Entropie directionnelle des Automates cellulaires
(mars 2002)
Exposé au Groupe de travail « Voir et Produire des Images d’Art et de Science » de
l’Université Paris-Sud (16/2/02) sur les automates cellulaires.
Séminaire au département de Mathématiques de l'Université de Torun (Pologne):
"Decay of correlations and random walk for system with zero entropy", mars 2003.
Séminaire au Centre des phénomènes nonlinéaires et des systèmes complexes, ULB,
Bruxelles, 11/5/ 2004: "Propriétés de mélange et de transport de systèmes dynamiques
conservatifs faiblement chaotiques"
Séminaire à l'Université de San Luis de Potosi-Mexique (Optics & communications
Institute) le 9/8/2004 "Quantum Time Operator ".
Trois conférences à l'Université d'Annaba- Algérie - Mai 2005: Systèmes dynamiques
chaotiques – Entropie
Séminaire Théorie Ergodique « Exposants de Lyapounov directionnels spatiotremporels
», 31/10/2006
Séminaire APC Théorie le 20/3/ 2007 (Modèle hamiltonien de la désintégration et de
la violation CP des Kaons)
Séminaire – Lecture à l’Université de Berkeley. 24 Avril 2007 – Travelling waves and
- 12 -

Entropy of 1-D Cellular automata.
Séminaire Théoricien MSC 28 Juin 2007, Entropie de non équilibre du gaz de Lorenz.
3 Séminaires Institut Henri Poincaré Paris -trimestre « Statistical Physics out of
Equilibrium » Septembre /2008 – Décembre /2008- IIIrd month –
26/11 On entropy increase in colliding particles
29/11 SRB measures for neural activity
6/12 Friedrichs dynamics applied to kaon decay and entanglement
Séminaire – Institut des systèmes complexes -Paris – Enropie et eposants de
Lyapounov spatio-temporels pour les systèmes dynamiques étendus- 2 octobre 2009.
Séminaire Faculty of Mathematics and Computer Science- Torun "Some cellular
automata models in natural sciences" 14 /12/2010.
LABORATOIRES d' ACCUEIL
1970-1973 Centre de Physique Théorique de Marseille.
1974-1985 Chercheur Qualifié à l'Université Libre de Bruxelles - Service de Chimie-
Physique II (mi-temps après septembre 1982)
1982-1998 Laboratoire de Probabilité ( Université Paris 6), équipe de Théorie
Ergodique
1994-2004 Laboratoire de Physique Théorique et Mathématique (LPTM),
Laboratoire de Physique Théorique de la Matière Condensée (après 1997)
LPTMC (Université Paris 7). Fédération MSC 2001-2004
2005- UMR-CNRS Matière et systèmes complexes (MSC)
**********************************************************************
IV. RESPONSABILITES COLLECTIVES
Responsable physicien du Parcours Sciences Physiques pour l'Enseignement (SPE)- L3
de Physique/Chimie et Coordannateur pédagogique. 2008-2011
Membre du Conseil des Enseignements – UFR de Physique 2008-2011
Co-responsable (avec C. de Hosson) de la création du Master (M1-M2) « Enseignement
de la physique » (préparation au concours de recrutement des professeurs de physiqueex
CAPES)-2008-2010
Membre titulaire de la commission des spécialistes : 29 ème section, Paris 7 (1988-
2006),
Aussi: 29ème Paris 6 (1993-1997), 29 ème section de Cergy-Pontoise (2002- 2008).
- 13 -

Membre du Conseil scientifique du Laboratoire MSC ( 2007 - 2010)
Responsable du l’équipe "SYSTÈMES DYNAMIQUES ET PHÉNOMÉNES
IRRÉVERSIBLES" du LPTMC (1998-2004) (10 permanents).
Membre du Conseil Scientifique de l'UFR de Physique Paris 7 (1993-1995)
Coordinateur d'un projet de réseau européen RTN « Chaotic Dynamics and Transport »
- 11 universités- candidature déposée en 2003.
Responsable français de 2 projets PAI (Partenariat Hubert Curien) Polonium « Entropie
et exposants de Lyapounov directionnels pour les automates cellulaires
multidimensionnels » 2008- 09; 2009-11.
Organisation de rencontres sientifiques
Niveau national
Organisateur et animateur du Séminaire du LPTMC -Paris 7 - 1994-2004.
Séminaire régulier de physique et de dynamique non
linéaire.http://www.ccr.jussieu.fr/lptmc-paris7/index3.htm
Organisateur d’une Journée "Mathématiques discrètes et Applications à la Physique"
Paris, jussieu, 1er mars 2000. 11 orateurs. http://www.admi.net/min/uni/JG-
ADMINET/P7-INFO000211.html#COLLOQUES
Organisateur d’une série de 6 séminaires « Information quantique » en juin 2002,
LPTMC.
http://www.ccr.jussieu.fr/lptmc-paris7/index3.htm
Organisateur en collaboration avec B. Cazelles, en Mai-juin 2001, d’une série de
séminaires sur « Les Réseaux d’Interactions Biologiques » au LPTMC : 6 orateurs,
J'ai organisé des cours des Ecoles doctorales à Jussieu : en Mai- Juin 2005 du Prof. B.
Kaminski, "Systèmes Dynamiques et Théorie de l'Entropie", en 2002 Prof. M.
Rabinovich « Dynamique neuronale ».
Niveau international
Organisateur (avec H.Chaté, CEA) de la conférence "International Workshop on Lattice
Dynamics" (100 participants de 20 pays) 21-23 juin 1995, Jussieu, Paris. Avec le
soutien financier de l'Université Paris 7 et du CEA. 100 participants de 20 pays.
Publication d’un volume de Physica D comme guest editor. (cf. plus bas
« publications »)
Directeur et membre du Comité Scientifique d’Organisation de L' « International
Summer-School : Chaotic Dynamics and Transport in Classical and Quantum
Systems » AOÛT 18 - 30 , 2003, Cargèse Corse (France) –ASI (Advanced Study
Institute)- OTAN-
- 14 -

http://www.ccr.jussieu.fr/lptmc-paris7/Cargese/CargeseMainPage.htm
74 participants de 15 pays. Avec le soutien financier de l'Université Paris 7, la
Fondation Européenne de la Science (ESF), la Collectivité Locale de Corse et l'Ecole
Polytechnique.
Publications d’un volume spécial de la collection « Nato science series »
Directeur et membre du comité scientifique de l’ « International School-Workshop
« Chaos and Dynamics of Biological Networks » à l’Institut Scientifique de Cargèse 5-
11 Mai 2008 (Ecole thématique de la formation permanente du CNRS)
http://cargese.chaos.googlepages.com/
Co-organisateur de la « Second International School-Workshop « Chaos and Dynamics
of Biological Networks » à l’Institut Scientifique de Cargèse 3-8 Mai 2010 (Ecole
thématique de la formation permanente du CNRS) avec B. Cazelles et M.
Chavez).http://ecologie.snv.jussieu.fr/chaosbionetwork/
Co-organisateur de la « Third International School-Workshop « Chaos and Dynamics
of Biological Networks » à l’Institut Scientifique de Cargèse May 28 - June 2, 2012
Ecole thématique de la formation permanente du CNRS (avec B. Cazelles et M.
Chavez).
V. ACTIVITES D'ENSEIGNEMENT
1967-1969 Moniteur du Certificat Mécanique Générale en licence de Maths -
Marseillle, Moniteur de physique en premier cycle Marseille
1970 -1973 TD et TP de physique en première et deuxième année du premier cycle.
Marseille-Luminy.
1979- 1980 Cours et TD de Mécanique Analytique en licence de chimie,
Université Libre de Bruxelles, Polycopié de cours.
1982-1983 Physique P.C.E.M. Paris 7.
1983-1989 Création d’un Cours Magistral et T.D. "Mathématiques pour la
Physique" en
Licence de Physique , Paris 7. Polycopié de cours et de T. D.
1989-1992 Création du Cours à option annuel "Mathématiques Avancées pour
Physiciens "
en Maîtrise de Physique. Programme:
Espaces de Hilbert et équations aux dérivées partielles
Equations différentielles linéaires et non linéaires.
Systèmes dynamiques, fractals et chaos.
Mathématiques DEUG SNV 1ère année.
1992-1995 "Thermodynamique et physique statistique" DEUG SSM 2ème année.
- 15 -

"Bases physiques pour la Thermodynamique"DEUG SNV 1ère année.
1995-1996 Cours à option annuel "Mathématiques Avancées pour Physiciens. "
en Maîtrise de Physique: cf. ci-dessus.
1996-2005 DEUG « Sciences de la Terre et de l’Univers » – 2 ème année: analyse
vectorielle, théorie des champs, probabilités et statistique
1996-2007 Création du cours "Mathématiques et simulations de problèmes
physiques", module obligatoire en Master de physique. Cours magistral ,
TD et T.P:
Systèmes différentielles linéaires et non linéaires. Equations aux
dérivées partielles linéaires de la physique + TP sur le logiciel
Mathematica.
2004- 2009 Création du Cours "Théorie des systèmes dynamiques et Complexité »-
Master II Physique Théorique de la matière complexe.
2005- 2010 Création du cours Calcul matriciel et Systèmes d'équations
différentielles - Licence 2 SNV
2006- 2009 Projets expérimentaux -L1 de physique
2009- 2012 Mathématiques – L3- Pro- Matériaux
2009- 2012 Mathématiques – L3- Physique enseignement (SPE)
2009- 2012 Mathématiques – L1 Sciences de la Vie - Cours et TD – Organisateur
des colles
Publication d'ouvrages d’enseignement
Mathématiques pour la Physique (avec P. Besnoist-Gueutal). Eyrolles. Cours et
exercices avec solutions.
Tome I : Intégrale de Lebesgue. Fonctions Analytiques. Espaces normées. (1992).
295p.
Tome II : Séries de Fourier. Transformations de Fourier et de Laplace des Fonctions
sommables. Distributions et fonctions spéciales. (1992). 288P.
Tome III : Espaces de Hilbert. Opérateurs linéaires dans les espaces de Hilbert.
(1993).335p
**********************************************************************
- 16 -

REVUES A COMITE de LECTURE
LISTE DE PUBLICATIONS
A1 M.COURBAGE, S.MIRACLE-SOLE and D.W.ROBINSON :
Normal States and Representation of the Canonical Commutations
Relations, Ann. Inst.Henri Poincaré, 14, 171-178, (1971).
A2. M.COURBAGE :
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PUBLICATION DANS UNE ENCYCLOPEDIE .
Jean-Paul ALLOUCHE, Maurice COURBAGE, Joseph.P.S. KUNG and Gencho
SKORDEV
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Cellular automata. .Encyclopedia of Physical Science and Technology,
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Mathématiques pour la Physique (avec P. Besnoist-Gueutal). Eyrolles.
Tome I : Intégrale de Lebesgue. Fonctions Analytiques. Espaces normées. (1992).
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« Chaos and Dynamics of Biological Networks » - Theme Issue of International
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éditeurs 2010, A.
« Complexity and Dynamics of Biological Networks » - Theme Issue of Chaos,
Solitons, Fractals, B. Cazelles, M. Chavez and M. Courbage 2012.
Notes de cours
Méthodes théoriques Licence Chimie Mécanique analytique – ULB -1980- Polycopié
56 P.
Introduction Théorie des distributions – Paris 7 – 1986 – Polycopié 46 p L3 physique
Analyse harmonique, problèmes aux limites et fonctions orthogonales Paris 7 – 1985 –
60p Polycopié L3 physique
Systèmes d'équations différentielles- 1990 Polycopié Maitrise de Physique
Notes du Cours de « Mathématiques et modélisation »: Equations aux dérivées
partielles- Systèmes d'équations différentielles linéaires- Systèmes différentiels nonlinéaires-
2003 / 56 p. M1 Polycopié
Equations différentielles et systèmes dynamiques – cours M2 – 2006 – 40 P. Polycopié
- 27 -

DEMANDE D'UN CONGÉ POUR RECHERCHES OU CONVERSIONS THÉMATIQUES
AU TITRE DE L’ETABLISSEMENT
ANNÉE 2012 – 2013
---------------------------------------------
(DEMANDE A REMPLIR PAR L’ENSEIGNANT-CHERCHEUR, EN DOUBLE EXEMPLAIRE)
Établissement d’affectation : UNIVERSITE PARIS-DIDEROT –PARIS 7
Composante : UFR de Physique
NOM patronymique : DERODE……………………………………. Nom marital : …………………………………....
Prénoms : ARNAUD OLIVIER JEAN MARIE… ………………… Date de naissance : 12/08/1967……….
Corps : PR…………… Grade : 1 ère classe………………. Emploi occupé n° : 1470………. Section du CNU : 60….
J’ai l’honneur de demander un congé pour :
Recherches Conversions thématiques Recherches et conversions thématiques
Au titre de la section du Conseil national des universités n°……60………… (2)
Intitulé (2) Mécanique, génie mécanique, génie civil
D’une durée d’un semestre (1) ou d’une année (1)
Par période de six ans passée en position d’activité ou de détachement.
Responsabilités collectives ou Enseignements nouveaux ou pratiques pédagogiques innovantes
ou d’une durée d’un semestre, suite à congé de maternité (1) ou congé parental (1)
Congé obtenu du : …..…/……./………….. au …..…/……./……...... (3)
Indiquez la date de début du congé : 01/09/2012, au titre du projet présenté ci-joint.
CRCT déjà obtenu (s) : …néant……………………………… Dates : …………………………………………..
A …Paris………………………………………………………le 3 mai 2012
Signature de l’enseignant-chercheur
(1) Cocher la rubrique concernée.
(2) Préciser le numéro et l’intitulé. La demande doit correspondre à la section à laquelle l’enseignant-chercheur appartient ainsi
que le projet qui s’y rapporte, cependant la section peut-être différente de sa section de rattachement.
(3) Le justificatif du congé signé par l’administration doit accompagner la demande.
AVIS DU DIRECTEUR DE L’UFR Date et signature

1 – LETTRE DE MOTIVATION
Mesdames, Messieurs,
Je sollicite des instances universitaires, pour la première fois de ma carrière, un congé pour recherches.
Les recherches que je développe concernent la propagation des ondes ultrasonores en milieux complexes,
et se situent à l’interface entre la recherche académique et les applications. Aussi, l’objectif de mon projet (détaillé dans la
suite de ce document) est-il double :
- tirer profit des spécificités des ultrasons relativement aux autres types d’ondes (souplesse d’utilisation des
émetteurs/récepteurs piézo-électriques, largeur de bande, mesures directes du champ) pour contribuer à des
avancées significatives du point de vue fondamental sur trois axes de recherches pluri-disciplinaires : les
matrices aléatoires, l’onde cohérente bi-modale, la transition radiatif-diffus
- sur chacun de ces axes, être un relais entre le monde académique et celui des applications en tirant partie des
collaborations que j’ai nouées ces dernières années, plus particulièrement dans deux domaines concernés au
premier chef : le contrôle non destructif et le diagnostic médical par ultrasons.
Ces thèmes de recherches sont en plein boom. Outre mon service d’enseignement et les thèses que j’encadre
au laboratoire, je suis depuis octobre 2011 responsable du projet ANR DiAMAN (2011-2015).
Je souhaite tirer profit de ce congé d’une part pour assurer pleinement le lancement des trois thèmes novateurs
proposés (qui ne recoupent que partiellement le projet DiAMAN), et d’autre part développer des collaborations nationales
et internationales, notamment avec Ultrasonic Research Laboratory (University of Manitoba, prof. J.H. Page) et Doshiha
University (prof. M. Matsukawa).
Or depuis mon recrutement, ma forte implication dans la vie de mon université, menée en parallèle avec une
activité scientifique toujours soutenue au laboratoire, ne m’a pas permis de faire des séjours à l’étranger d’une durée
supérieure à 3 semaines. C’est, en plus des développements scientifiques que je compte mener à bien, l’autre raison de ma
candidature. Certes, si ce relatif manque de mobilité géographique ne m’a pas empêché de collaborer régulièrement, et
fructueusement, avec de nombreuses équipes de recherches extérieures à mon laboratoire depuis mon HDR en 2002, il
devient un frein au développement des trois axes de recherches que je souhaite développer.
Tout en restant administrativement rattaché à l’université Paris Diderot-Paris 7, dans le cas où le congé
demandé me serait accordé, je souhaiterais l’étaler sur deux ans afin de ne pas me couper du contact avec l’enseignement,
si cela est possible.
Je vous prie d'agréer, Mesdames, Messieurs, l'expression de mes salutations respectuseuses.

2 – CURRICULUM VITAE
– CURRICULUM VITAE
Nom patronymique : DERODE
Prénom : Arnaud
Date de naissance : 12/08/1967 (44 ans)
Situation professionnelle : Professeur des Universités, 1 ère Classe
Etablissement d’affectation : Université Paris Diderot – Paris 7
Unité de recherche d’appartenance : UMR 7587 Institut Langevin "Ondes et images" (LOA)
Diplômes et parcours professionnel
→ Depuis 2004 Professeur à l'Université Paris Diderot, section CNU 60, Institut Langevin (UMR CNRS
7587 – ESPCI – Paris VII – Paris VI – INSERM). Thèmes de recherche : Ondes en milieux complexes,
propagation des ondes ultrasonores en milieu hétérogène et multiplement diffuseur : aspects
fondamentaux et applications à l’imagerie, à la caractérisation, aux télécommunications, à la sismologie.
→ Titulaire de l’habilitation à diriger des recherches (février 2002).
→ Maître de conférences section CNU 61, Université Paris VII (septembre 1995).
→ Docteur de l'Université Paris VII (décembre 1994), avec la mention très honorable et les félicitations du
jury, spécialité : Acoustique Physique.
Responsabilités
→ Participation à 10 projets ou collaborations extérieurs au laboratoire depuis 2002, dont 7 en tant que
responsable direct, le dernier en date est le projet DiAMAN (DIffusion Acoustique dans les Milieux
Aléatoires et Non-linéaires) financé par l’ANR (oct. 2011 – sept. 2015), taux d’implication 50% (Budget 1,87
M€ au coût complet, 218 personnes.mois, 3 laboratoires partenaires).
→ Membre du bureau de l’Ecole Doctorale 518 « Matière Condensée et Interfaces » (environ 75 étudiants)
depuis 2009.
→ Membre élu du conseil du département (UFR) de physique de l’Université Paris Diderot, de novembre
2007 à novembre 2011.
→ Co-responsable et fondateur, avec Bart Van Tiggelen (LPMMC, Grenoble), du GDR (groupe de
recherches) pluridisciplinaire IMCODE (Imagerie – Communication – Désordre, GDR 2253 du CNRS)
regroupant 34 laboratoires (jan. 2003 – jan. 2009)
→ Responsable du M2 « Acoustique Physique » (spécialité « Acoustique et Fluides ») depuis septembre
2004.
→ Responsable de l’équipe « Ondes en milieux complexes » du LOA de 2003 à 2009 (5 permanents, 11
doctorants, 2 post-doc)
→ Responsable de la 1 ere année de master (M1) filière « sciences physiques pour l’ingénieur » à
l’Université Paris Diderot de septembre 2003 à janvier 2008.
→ Responsable du Magistère de Physique de l’Université Paris VII de mai 1998 à octobre 2002.
→ Membre du conseil des enseignements du département (UFR) de physique de 1998 à 2011.
Distinctions
→ Prix Jeune Chercheur (Saint-Gobain) de la Société Française de Physique (1995)
→ Titulaire de la PEDR puis de la PES depuis 1999.

Encadrement doctoral
→ Depuis 2002 (HDR), 7 doctorants et un post-doc sous ma responsabilité directe :
Nom & dates Taux d’encadrement Publications communes Situation actuelle
Victor MAMOU 100% 2 articles RICL Consultant (Boston
(2002-2005)
2 conférences
Consulting Group)
Eric LAROSE 50% (co-tutelle avec 8 articles RICL CR CNRS (ISTERRE,
(2002-2005)
M. Campillo, LGIT) 12 conférences Grenoble, UMR 5275)
Alexandre AUBRY 100% 7 articles RICL, 1 brevet CR CNRS (Institut
(2005-2008)
6 conférences
Langevin, UMR 7587)
Valentin LEROY 100% 1 article RICL
CR CNRS (Matière et
(2006, ATER)
1 conférence
systèmes complexes,
UMR 7057)
Thomas BEDETTI 50 % (co-tutelle avec 1 conférence
Thèse en cours
(2010-2013)
F. Jenson, CEA) 1 article en cours
Nicolas VIARD 40% (co-tutelle avec 1 article en cours Thèse en cours
(2010-2013)
C. BARRIERE,
Institut Langevin)
Sharfine SHAHJAHAN
(2011-2014)
100% 1 conférence Thèse en cours
Fabien MEZIERE 50% (cotutelle avec 1 article en cours Thèse en cours
(2011-2014)
M. Muller, Institut
Langevin)
→ 25 stagiaires depuis 1995 (10 en Licence, 15 en Master)
Publications internationales & Brevets
→ 46 publications dans des journaux internationaux à comité de lecture (h-index : 18)
→ 20 congrès internationaux avec actes, 32 sans actes, 6 publications diverses.
→ 2 brevets (N° FR2868894/ WO2005104473 et FR2932339/ WO201000 1027)
→ Données bibliométriques (source : ISI Web of Science, en date du 3 mai 2012) :
Sum of the Times Cited : 1482
Sum of Times Cited without self-citations : 1339
Citing Articles : 920
Citing Articles without self-citations : 877
Average Citations per Item : 29.06
h-index : 19
Published Items in Each Year Citations in Each Year

3 – LISTE DES TRAVAUX ET PUBLICATIONS
A. PUBLICATIONS DANS DES REVUES INTERNATIONALES AVEC COMITE DE LECTURE/INTERNATIONAL PEER-REVIEWED PAPERS
[A46] A. Aubry, A. Derode, Multiple scattering of ultrasound in weakly inhomogeneous media: Application to human soft tissues,
Journal of the Acoustical Society of America, 129 (1), pp 225-233 (2011)
[A45] A. Aubry, A. Derode, Singular value distribution of the propagation matrix in random scattering media, Waves in random and
complex media, 20 (3), pp 333-363 (2010)
[A44] A. Aubry, A. Derode, Detection and imaging in a random medium: A matrix method to overcome multiple scattering and
aberration, Journal of Applied Physics, 106 (4), 044903 (2009)
[A43] A. Aubry, A. Derode, Random Matrix Theory Applied to Acoustic Backscattering and Imaging In Complex Media, Physical
Review Letters, 102 (8), 084301 (2009)
[A42] A. Aubry, A. Derode, F. Padilla, Local measurements of the diffusion constant in multiple scattering media: Application to
human trabecular bone imaging, Applied Physics Letters, 92, 124101 (2008).
[A41] E. Larose, P. Roux, M. Campillo, A. Derode, Fluctuations of correlations and Green’s function reconstruction : role of scattering,
Journal of Applied Physics, 103,114907 (2008)
[A40] V. Leroy, A. Derode, Temperature-dependent diffusing acoustic wave spectroscopy with resonant scatterers, Physical Review
E, 77, 036602 (2008)
[A39] A. Aubry, A. Derode, Ultrasonic imaging of highly scattering media from local measurements of the diffusion constant:
Separation of coherent and incoherent intensities, Physical Review E, 75, 026602 (2007).
[A38] A. Aubry, A. Derode, P. Roux, A. Tourin, Coherent backscattering and far-field beamforming in acoustics, Journal of the
Acoustical Society of America, 121, 70 (2007).
[A37] A.Tourin, G. Lerosey, J. de Rosny, A. Derode, M. Fink, Time reversal telecommunications in complex environments, Comptes
Rendus de l'Académie des Sciences, Vol.7 (7), 816-822, sept 2006.
[A36] A. Derode, V. Mamou, A. Tourin, Influence of correlations between scatterers on the attenuation of the coherent wave in a
random medium, Physical Review E 74 (3), 036606 (2006).
[A35] E. Larose, A.Derode, G. Montaldo, M. Campillo, Passive imaging of localized reflectors and interfaces in open media, Applied
Physics Letters. 88, 104103 (2006).
[A34] G. Lerosey, J. de Rosny, A. Tourin, A. Derode and M. Fink, Time reversal of wideband microwaves, Applied Physics Letters,
88 (15) 154101 (2006).
[A33] E. Larose, A. Derode, M. Campillo, N. Shapiro, L. Margerin, A. Paul, L. Stehly, B. van Tiggelen, M.Tanter, Correlation of random
wavefields, Geophysics 71 (4) (2006).
[A32] A. Derode, V. Mamou, F. Padilla, F. Jenson, P. Laugier, Dynamic coherent backscattering in a heterogeneous absorbing
medium: Application to human trabecular bone characterization, Applied Physics Letters, 87 (11), 114101 (2005).
[A31] E. Larose, A. Derode, D. Clorennec, L. Margerin, M. Campillo, Passive retrieval of Rayleigh waves in disordered elastic media,
Physical Review E, 72 (4), 046607 (2005)
[A30] A. Paul, M. Campillo, L. Margerin, E. Larose and A. Derode, Empirical synthesis of time-asymmetrical Green’s functions from
the correlation of coda waves, Journal of Geophysical Research, solid earth (B8), B08302, (2005).
[A29] J. de Rosny, A. Tourin, A. Derode, P. Roux, M. Fink, Weak localization and time reversal of ultrasound in a rotational flow,
Physical Review Letters, 95 (7), 074301 (2005).
[A28] G. Lerosey, J. de Rosny, A. Tourin, A. Derode, G. Montaldo and M. Fink , Time reversal of electromagnetic waves and
telecommunication, Radio Science, 40 (6), RS6S12 (2005).
[A27] Eric Larose, Arnaud Derode, Michel Campillo, Mathias Fink, Imaging from one-bit correlations of wideband diffuse wave fields,
Journal of Applied Physics 95 (12), pp 8393-8399, (2004).
[A26] Julien de Rosny, Arnaud Tourin, Arnaud Derode, Bart Van Tiggelen, Mathias Fink, Relation between time reversal focusing and
coherent backscattering in multiple scattering media: A diagrammatic approach, Physical Review E, 046601, 70, (2004)
[A25] Gabriel Montaldo, Geoffroy Lerosey, Arnaud Derode, Arnaud Tourin, Julien de Rosny, Mathias Fink, Telecommunication in a
disordered environment with iterative time-reversal, Waves in Random Media, 14, pp 287-302 (2004).
[A24] Geoffroy Lerosey, Julien de Rosny, Arnaud Tourin, Arnaud Derode, Mathias Fink Time-reversal of electromagnetic waves,
Phys. Rev. Letters 92, p 194301 (2004).
[A23] Arnaud Derode, Eric Larose, Michel Campillo, Mathias Fink, How to estimate the Green's function of a heterogeneous medium
between two passive sensors ? Application to acoustic waves, Appl. Phys. Lett. 83 (15), pp 3054-3056, 2003.
[A22] Arnaud Derode, Eric Larose, Mickaël Tanter, Julien de Rosny, Arnaud Tourin Michel Campillo, Mathias Fink, Recovering the
Green’s function from field-field correlations in an open scattering medium, Journal of the Acoustical Society of America,
113 (6), pp 2973-2976, 2003.
[A21] Arnaud Derode, Arnaud Tourin, Julien de Rosny, Mickaël Tanter, Sylvain Yon and Mathias Fink, Taking advantage of multiple
scattering to communicate with time-reversal antennas Phys. Rev. Lett. 90 (1), 4301-4304, 2003
[A20] Arnaud Derode, Arnaud Tourin, M. Fink, Time reversal versus phase conjugation in a multiple scattering environment,
Ultrasonics 40 (1-8), 275-280, (2002).
[A19] G. Montaldo, P. Roux, A. Derode, C. Negreira and M. Fink, Ultrasonic shock wave generator using 1-bit time-reversal in a
dispersive medium : application to lithotripsy, Appl. Phys. Lett. 80 (5), pp 897-899, 2002

[A18] Arnaud Tourin, Arnaud Derode, and Mathias Fink, Sensitivity to Perturbations of a Time-Reversed Acoustic Wave in a Multiple
Scattering Medium, Physical Review Letters, vol. 87, december 2001, p. 274301.
[A17] Arnaud Derode, Arnaud Tourin, Mathias Fink, Random Multiple Scattering of Ultrasound. I Coherent and Ballistic Waves,
Physical Review E., vol. 64, 036605 (2001)
[A16] Arnaud Derode, Arnaud Tourin, Mathias Fink, Random Multiple Scattering of Ultrasound. II Is time reversal a self-averaging
process ? Physical Review E., vol. 64, 036606 (2001)
[A15] Gabriel Montaldo, Philippe Roux, Arnaud Derode, Carlos Negreira and Mathias Fink, Generation of very high pressure pulse
with 1-bit time reversal in a solid waveguide, Journal of the Acoustical Society of America 110 (6) (2001).
[A14] Arnaud Derode, Arnaud Tourin, Mathias Fink, Limits of time-reversal focusing through multiple scattering : long range
correlation, Journal of the Acoustical Society of America, 107 (6) June 2000.
[A13] Arnaud Tourin, Arnaud Derode, Aymeric Peyre, Mathias Fink, Transport parameters for an ultrasonic pulsed wave propagating
in a random medium, Journal of the Acoustical Society of America. 108 (2), August 2000, p. 503-512
[A12] Arnaud Tourin, Arnaud Derode, Mathias Fink, Multiple scattering of sound, Waves in Random Media, 10 No 4 (October 2000)
R31-R60
[A11] Philippe Roux, Arnaud Derode, Aymeric Peyre, Arnaud Tourin, and Mathias Fink, Acoustical imaging through a multiple
scattering medium using a time-reversal mirror, Journal of the Acoustical Society of America, 107 (2), pp. L7-L12 (2000).
[A10] Mathias Fink, Didier Cassereau, Arnaud Derode, Claire Prada, Philippe Roux, Mickael Tanter, Jean-Louis Thomas, François
Wu, Time-reversed acoustics, Reports on Progress in Physics, 63 (2000), pp. 1933-1995.
[A9] Arnaud Derode, Arnaud Tourin, Mathias Fink, Ultrasonic pulse compression with one-bit time reversal through multiple
scattering, Journal of Applied Physics, vol. 85, N°9, 1 May 1999, p 6343-6352.
[A8] Arnaud Tourin, Arnaud Derode, Mathias Fink, Dynamic time-reversal of randomly backscattered acoustic waves, Europhys.
Lett. 47, 175 (1999).
[A7] Arnaud Derode, Mathias Fink, Correlation length of ultrasonic speckle in anisotropic random media : Application to coherent
echo detection, Journal of the Acoustical Society of America, 103, 1 , p. 73, janvier 1998.
[A6] Arnaud Derode, Arnaud Tourin, Mathias Fink, Time reversal in multiply scattering media, Ultrasonics, 36 (1998) 443-447.
[A5] Arnaud Derode, Mathias Fink, Partial coherence of transient ultrasonic fields in anisotropic random media : application to
coherent echo detection, Journal of the Acoustical Society of America, 101 (2), p. 690, Feb. 1997.
[A4] Arnaud Tourin, Arnaud Derode, Philippe Roux, Bart Van Tiggelen, Mathias Fink, Time-dependent coherent backscattering of
acoustic waves, Physical Review Letters, 79, 19, p. 3637, nov. 97.
[A3] Arnaud Derode, Philippe Roux, Mathias Fink, Robust acoustic time reversal with high-order multiple scattering, Physical
Review Letters, volume 75, 23, p. 4206, dec. 1995.
[A2] Arnaud Derode, Mathias Fink, The notion of coherence in optics and its application to acoustics, European Journal of
Physics, Vol. 15, p. 81-90, March 1994.
[A1] Arnaud Derode, Mathias Fink, Spatial coherence of ultrasonic speckle in composites, IEEE Transactions on Ultrasonic,
Ferroelectrics and Frequency Control, Vol. 40, N° 6, p. 666-675, Nov. 1993.
B. ACTES DE CONGRES INTERNATIONAUX (le nom de l’orateur est souligné)/ INTERNATIONAL CONFERENCE PROCEEDINGS
[B20] N. Viard, A. Derode, Experimental determination of the diffusion constant for ultrasonic waves in 2-D multiple scattering media
with focused beamforming, Acoustics 2012 (joint IOA-EAA-SFA Meeting), 175.
[B19] S. Shahjahan, A. Aubry, F. Rupin, B. Chassignole, A. Derode, Flaw detection on Inconel600® using separation of single and
multiple scattering contributions, Acoustics 2012(joint IOA-EAA-SFA Meeting), 304.
[B18] S. Shahjahan, F. Rupin, T. Fouquet, A. Aubry, A. Derode, Structural noise and coherent backscattering modelled with the
ATHENA 2D finite elements code, Acoustics 2012(joint IOA-EAA-SFA Meeting), 306.
[B17] F. Mézière, M. Muller, E. Bossy, A. Derode, Modeling ultrasound interaction with cancellous bone: investigation on the nature of
the two compressional waves, Acoustics 2012(joint IOA-EAA-SFA Meeting), 287.
[B16] L. Le Marrec, O. Abraham, M. Chekroun, D. Leparoux, L. Laguerre, A. Derode, M. Campillo, Towards multidiffusive ultrasonic
propagation for nondestructive evaluation of concrete: theoretical overview, 2006 NDE Conference on Civil Engineering, St.
Louis, MO, USA, Vol., pp. 357-, August 2006.
[B15] M. Chekroun, L. Le Marrec, O. Abraham, A. Derode, D. Clorennec, A. Le Brun and M.Campillo, Multiple scattering of ultrasonic
propagation for non destructive evaluation of concrete: first experiments, 2006 NDE Conference on Civil Engineering, St.
Louis, MO, USA, Vol., pp.-, August 2006.
[B14] J. de Rosny, A. Derode, A. Tourin, P. Roux, M. Fink, Time-reversal focusing in a range-dependent ocean, Proceedings of IEEE
OCEANS Europe, Brest (2005).
[B13] G. Lerosey, J. de Rosny, A. Tourin, A. Derode, G. Montaldo, M. Fink, Time Reversal of Electromagnetic Waves, Proceedings of
URSI-EMTS Vol. 1 (1), pp 233-235, Pisa (May 2004)
[B12] E. Larose, A. Derode, M. Campillo and M. Fink, Ultrasonic imaging from correlations of diffuse fields, World Congress on
Ultrasonics, pp 859-862, 2003.

[B11] A. Tourin, A. Derode and M. Fink, Temperature sensitivity of Time-Reversal focusing in a complex medium, World Congress
on Ultrasonics, pp 851-853, 2003.
[B10] Arnaud Derode, Arnaud Tourin, Mathias Fink, Multiple scattering and time-reversal acoustics, International Congress of
Acoustics, Rome 2001.
[B9] Mathias Fink, Arnaud Derode, Arnaud Tourin, Julien de Rosny, Single channel time-reversal acoustics: a comparison between
time reversal and phase conjugation, International Congress of Acoustics, Rome 2001.
[B8] Arnaud Derode, Arnaud Tourin, Mathias Fink Time reversal versus phase conjugation in a multiple scattering environment, in
ULTRASONICS 40 (1-8), 275-280, May 2002, Ultrasonics International, Delft 2001.
[B7] Arnaud Tourin, Arnaud Derode, Mathias Fink, Transport parameters for an ultrasonic pulsed wave propagating medium,
Proceedings of the 1999 IEEE Ultrasonics Symposium (Nevada).
[B6] Arnaud Derode, Mickael Tanter, Arnaud Tourin, Laurent Sandrin, Numerical and experimental time-reversal of acoustic waves
in random media, Proceedings of the fourth international conference on theoretical and computational acoustics (ICTCA
Trieste 1999), Journal of Computational Acoustics, Vol. 9, No. 3 (2001) 993-1003.
[B5] Arnaud Tourin, Arnaud Derode, Philippe Roux, Mathias Fink, Dynamic Coherent Backscattering of Ultrasonic Pulsed Waves,
Proceedings of the 1997 IEEE Ultrasonics Symposium (Toronto).
[B4] Arnaud Derode, Philippe Roux, Mathias Fink, Acoustic time-reversal through high-order multiple scattering, Proceedings of
the 1995 IEEE Ultrasonics Symposium (Seattle), p. 1091.
[B3] Noël Grand, Ana Barjau, Vincent Gibiat, Arnaud Derode, Instruments à vent : formulation intégrale ou différentielle?, Actes du
congrès de la Société Française d'Acoustique, Journal de physique IV colloque C5, supplément au Journal de physique
III volume 4, mai 1994, p. 621.
[B2] Arnaud Derode, Mathias Fink, Anisotropie et cohérence spatiale du speckle ultrasonore dans les composites, Actes du
congrès de la Société Française d'Acoustique, Journal de physique IV colloque C5, supplément au Journal de physique
III volume 4, mai 1994, p. 1165.
[B1] Arnaud Derode, Mathias Fink, Spatial correlation of the backscattered acoustic field from fiber-reinforced composites,
Proceedings of the 1992 IEEE Ultrasonics Symposium (Tucson), p. 649.
C. PARTICIPATIONS ORALES A DES CONGRES INTERNATIONAUX SANS ACTES/ INTERNATIONAL CONFERENCES
[C32] Marie Muller, Blandine Dobigny, Emmanuel Bossy and Arnaud Derode, Twodimensional simulations of ultrasound
propagation in random anisotropic media: Application to trabecular bone assessment, 162 th meeting of the ASA, Orlando
2011.
[C31] S. Shahjahan, F. Rupin, A. Derode, B. Chassignole, T. Fouquet, Coherent backscattering and filtering of the multiple
scattering contribution- Experimental and numerical study performed on Inconel600, COFREND May 2011.
[C30] T. Bedetti, V. Dorval, F. Jenson, L. Ganjehi, A. Derode, How to take multiple scattering into account for correct a modelling of
ultrasonic structural noise in coarse-grain steel, COFREND May 2011.
[C29] F. Rupin, B. Chassignole, O. Dupond, L. Doudet, A. Derode, Flaw Detection in Cast Stainless Steel Using Advanced Low-
Frequency Ultrasonic System and Multi-Scattering Filtering, 8th International Conference on NDE in Relation to Structural
Integrity for Nuclear and Pressurised Components, Berlin 2010.
[C28] A. Aubry, A. Derode, Ultrasonic Detection and Characterization in Diffusive Media Using a Coherent Array of Transducers,
SIAM Conference on Imaging Science, San Diego July 08.
[C27] A. Aubry, A. Derode and M. Tanter, Extraction of the multiple scattering contribution in weakly scattering media: Application to
human soft tissues, Acoustics 08 (joint ASA-EAA-SFA meeting), July 2008.
[C26] A. Aubry and A. Derode, Separation of single and multiple scattering: Application to the ultrasonic detection of a target
embedded in a diffusive medium, Acoustics 08 (joint ASA-EAA-SFA meeting), July 2008..
[C25] A. Aubry and A. Derode, Spectral properties of the backscattering matrix in random scattering media, Acoustics 08 (joint ASA-
EAA-SFA meeting), July 2008.
[C24] A. Aubry, A. Derode and F. Padilla, Local measurements of the diffusion constant in multiple scattering media: Application to
human trabecular bone imaging, Acoustics 08 (joint ASA-EAA-SFA meeting), July 2008.
[C23] V. Leroy and A. Derode, Temperature-dependent diffusing acoustic wave spectroscopy with resonant scatterers, Acoustics 08
(joint ASA-EAA-SFA meeting), July 2008..
[C22] E. Larose, A. Derode, P. Roux and M. Campillo, Convergence of correlations in multiply scattering media, Acoustics 08 (joint
ASA-EAA-SFA meeting), July 2008.
[C21] E. Larose, M. Campillo, P. Roux and A. Derode, Role of multiple scattering in the fluctuations of correlations: application to
passive imaging, EGU (European Geosciences Union) Vienna , April 2008.
[C20] A. Aubry, A. Derode, P. Roux, A. Tourin, Coherent backscattering and far-field beamforming in acoustics, IEEE International
Ultrasonics symposium, Vancouver, oct 2006.
[C19] A. Derode, E. Larose, D. Clorennec, M. Campillo, Coda Wave Correlation in an Analogous Crust at Ultrasonic Frequency,
American Geophysical Union (AGU), San Francisco 2005 Fall meeting.
[C18] G. Montaldo, G. Lerosey, A. Derode, A. Tourin, J. de Rosny, M. Fink Telecommunication in a disordered environment with
iterative time reversal, 149 th Meeting of the ASA Vancouver 2005.
[C16] A. Derode, E. Larose, M. Campillo, A Physical Interpretation of Passive Imaging With Correlations of Scattered Wave Fields,
Joint meeting AGU-SEG (American Geophysical Union – Society of Exploration Geophysics ), New Orleans, may 2005.

[C16] M. Campillo, A. Derode, E. Larose, L. Margerin, A. Paul, N. Shapiro, L. Stehly, b. van Tiggelen, Phase and Correlation in
Random Seismic Fields and the Reconstruction of Green Function, American Geophysical Union (AGU) , San Francisco,
2004 Fall Meeting.
[C15] F. Jenson, F. Padilla, V. Mamou, A. Derode, P. Laugier, Multiple scattering in the trabecular bone, 16th International bone
densitometry workshop, 2004.
[C14] Arnaud Tourin, François Van der Biest, Arnaud Derode, Mickaël Tanter, Mathias Fink, Coherent backscattering effect in bubbly
liquids, Ultrasonics International, 2003.
[C13] E. Larose, M. Campillo, A. Derode, A. Paul, L. Margerin, M. Tanter, B. Van Tiggelen, Désordre et corrélations (II) : des
ultrasons à la sismologie, Congrès de la Société Française de Physique, juillet 2003.
[C12] E. Larose, M. Campillo, A. Derode, A. Paul, L. Margerin, M. Tanter, B. Van Tiggelen Désordre et corrélations (I) : imagerie en
sismologie sans utiliser de source, Congrès de la Société Française de Physique, juillet 2003.
[C11] M. Campillo, E. Larose, L. Margerin, A. Paul, B. van Tiggelen, A. Derode, G. Abers, Empirical Synthesis of Green functions
from the correlation of diffuse waves, American Geophysical Union, Fall Meeting, 2003, San Francisco, 2003
[C10] E. Larose, A. Derode, M. Campillo, L. Margerin, B. van Tiggelen, Synthesis of Green functions from Coda Correlation:
Ultrasonic experiments, American Geophysical Union, Fall Meeting, 2003, San Francisco, 2003.
[C9] E. Larose, M. Campillo, A. Paul, A. Derode, M. Tanter, L. Margerin, B. Van Tiggelen, Correlation in the seismic coda waves,
numerical simulations and ultrasonic experiments, EGS-AGU-EUG Joint Assembly, 6-11 April 2003, Nice, France, 2003.
[C8] E. Larose, A. Derode, M. Campillo, L. Margerin, B. van Tiggelen, Synthesis of Green’s function from Coda Correlation from
ultrasonics to seismology, Imaging of Complex Media with Acoustic and Seismic Waves, III - 22-27 septembre 2003, 2003
[C7] Arnaud Tourin, Arnaud Derode, Victor Mamou, Mathias Fink, John Page, Michael L. Cowan, Transport parameters for pulsed
ultrasonic waves propagating in an aluminum foam, ASA Cancun 2002.
[C6] Arnaud Derode, Arnaud Tourin, Julien de Rosny, Mickael Tanter, Mathias Fink, Digital communication with time-reversal in a
multiple scattering medium, ASA Fort Lauderdale 2001
[C5] Arnaud Derode, Arnaud Tourin, Mathias Fink, Optimisation of time-reversal focusing in a multiple scattering environment, ASA
Chicago 2001
[C4] Gabriel Montaldo, Philippe Roux, Arnaud Derode, Carlos Negreira, Mathias Fink Generation of very high-pressure pulse using
time reversal in a solid waveguide: Application to lithotripsy, ASA Chicago 2001.
[C3] Arnaud Derode, Arnaud Tourin, Mathias Fink, Transport parameters and time-reversal in a multiple scattering environment,
Workshop « Wave scattering in complex media », Université de Marne-la-Vallée, jan. 2001.
[C2] Arnaud Tourin, Arnaud Derode, Mathias Fink, Backscattering time-reversal of acoustic waves in random media, JASA, 105,
Issue 2, p. 956 (ASA-EEA Berlin 1999)
[C1] Arnaud Derode, Arnaud Tourin, Mathias Fink, One-bit time reversal through high-order multiple scattering, JASA, 105, Issue 2,
p. 955 (ASA-EEA Berlin 1999)
D. PUBLICATIONS DIVERSES/ MISCELLANEOUS PUBLICATIONS
[D6] Arnaud Tourin, Arnaud Derode, Gabriel Montaldo , Julien de Rosny, Mickaël Tanter, Mathias Fink, Désordre, retournement
temporel et télécommunications, Bulletin de la Société Française de Physique, 141, p. 30-31, octobre 2003.
[D5] A. Tourin, A. Derode, J. de Rosny, M. Tanter, S. Yon, M. Fink Digital communication with time-reversal in a multiple scattering
medium, Wave Scattering in Complex Media: From Theory to Applications, NATO SCIENCE SERIES: II: Mathematics, Physics
and Chemistry Volume 107 (Kluwer, 2003) edited by Bart A. van Tiggelen and Sergey E. Skipetrov 107, 2003
[D4] Arnaud Derode, Mathias Fink, Philippe Roux, Jean-Louis Thomas, Ultrasonic wave propagation in random media, in New
aspects of electromagnetic and acoustic wave diffusion, Springer Tracts in Modern Physics, vol. 144, p. 51-59, Springer
Verlag Berlin Heidelberg 1998
[D3] Arnaud Derode, Philippe Roux, Mathias Fink, Ultrasons : remonter le temps malgré le désordre, La recherche, 291, oct. 1996,
p. 46.
[D2] Arnaud Derode, Philippe Roux, Mathias Fink, Ultrasonidos y los espejos acústicos, Mundo cientifico, 174, dic. 1996, p. 1026.
[D1] Arnaud Derode, Mathias Fink, Propagation et cohérence ultrasonores en milieu aléatoire, Bulletin de la Société Française de
Physique, 98, mars 1995.
E. BREVETS
[E2] N° FR2932339 (A1)/ EP2294452 (A1) / WO2010001027 (A1) / « Procédé et dispositif de sondage par propagation d’ondes »,
inventeurs : A. Aubry, A. Derode, M. Fink.
[E1] N° FR2868894 (A1) / FR2868894 (B1) / EP1735978 (A1 ) / WO2005104473 (A1) « Procédé pour inverser temporellement une
onde », inventeurs : J. de Rosny, A. Derode, G. Lerosey, M. Fink, A. Tourin.

4 – ACTIVITES EN COURS ET PROJET DE RECHERCHE
I. Contexte actuel et objectifs du projet
II. Trois axes de recherche
2.1 Matrices aléatoires et ondes en milieux complexes
2.2 L’onde cohérente bi-modale
2.3 La transition radiatif – diffus
III. Equipe et collaborations extérieures
IV. Programmation prévisionnelle
V. Références
I. Contexte actuels et objectifs du projet
Mes recherches concernent la propagation des ondes dans les milieux hétérogènes désordonnés. Pour fixer
les idées, à petite échelle (quelques centimètres) et aux fréquences ultrasonores (quelques MHz) les milieux concernés
peuvent être par exemple des milieux synthétiques modèles dont on contrôle les paramètres à volonté (forêts de tiges
métalliques de diamètre et concentration variable, gels comptant des inclusions diffusantes) ou des milieux réels et
fortement hétérogènes comme les granulaires, le béton, les poly-cristaux (aciers à grains), certains milieux poreux (os
trabéculaire, mousses solides), etc. A plus grande échelle, il peut s’agir de propagation d’ondes acoustiques dans l’océan,
sismiques dans la croûte terrestre, électromagnétiques dans les villes ou les bâtiments.
Ces dernières années, mes recherches (principalement expérimentales mais aussi numériques et théoriques)
se sont essentiellement articulées autour de quatre axes :
- Caractérisation de milieux hétérogènes par ondes ultrasonores en régime de diffusion multiple : rétrodiffusion
cohérente, mesure de paramètres de transport, spectroscopie d’ondes diffuses.
- Réversibilité de la propagation en milieux complexes, application à la génération d’ultrasons de forte amplitude
(plusieurs centaines de bars) et aux télécommunications numériques en milieu diffus.
- Corrélations spatiales et temporelles de la « coda » sismique ou du bruit sismique et leur utilisation en « imagerie
passive », ou comment faire de l’imagerie sans source contrôlable.
- Nouvelles approches matricielles, en lien avec la théorie des matrices aléatoires, pour la caractérisation et la détection
dans des milieux hétérogènes synthétiques.
Les questions posées par ces recherches sont largement pluridisciplinaires car la propagation des ondes (de
quelque nature qu’elles soient) dans un milieu hétérogène aléatoire intéresse aussi bien l’acoustique que l’optique, les
hyperfréquences, le génie civil, la géophysique, la physique de la matière condensée etc. A l’échelle internationale, la
thématique « ondes en milieux complexe » dans laquelle s’inscrit mon travail de recherche a connu un fort regain ces
dernières années, avec le développement de la physique dite « mésoscopique » et l’intérêt porté au rôle du désordre dans la
propagation des ondes [1-5].
Or les concepts fondamentaux utilisés par les physiciens des ondes en milieux complexes (approche
diagrammatique, équations de Dyson et de Bethe-Salpether, statistiques du speckle, localisation faible ou forte) n’ont pas
encore été pleinement valorisés dans deux domaines d’application qui relèvent pourtant directement de ces thématiques et
font couramment appel aux ultrasons : le contrôle non destructif des matériaux fortement hétérogènes, et le diagnostic
ultrasonore de tissus biologiques à structure complexe. Certes, les raisons tiennent en partie à la complexité du sujet, mais
aussi parfois à un trop grand cloisonnement entre le monde académique et les applications de terrain.
Les recherches que je développe sont justement à l’interface entre ces deux mondes. Aussi, l’objectif de mon
projet est-il double :
- tirer profit des spécificités des ultrasons relativement aux autres types d’ondes (souplesse d’utilisation des
émetteurs/récepteurs piézo-électriques, largeur de bande, mesures directes du champ) pour contribuer à des avancées
significatives du point de vue fondamental sur trois axes de recherches pluri-disciplinaires : les matrices aléatoires (2.1),
l’onde cohérente bi-modale (2.2), la transition radiatif-diffus (2.3).
- sur chacun de ces axes, être un relais entre le monde académique et celui des applications en tirant partie des
collaborations que j’ai nouées ces dernières années, plus particulièrement dans deux domaines concernés au premier chef :
le contrôle non destructif et le diagnostic médical par ultrasons.

II. Trois axes de recherche
2.1. Matrices aléatoires et ondes en milieux complexes
Un des résultats importants des recherches que j’ai conduites ces dernières années concerne l’application d’une nouvelle
approche de la propagation des ondes en milieu complexe, fondée sur la théorie des matrices aléatoires. Ces recherches
ont été menées dans le cadre de la thèse d’Alexandre Aubry.
En laboratoire, on sonde un milieu inhomogène inconnu en employant des réseaux de N éléments piézo-électriques
indépendants (typiquement N~100), capables de convertir les signaux électriques en ultrasons et réciproquement (Fig. 1), à
des fréquences de l’ordre du MHz. Nous nous intéressons ici aux propriétés statistiques de l’opérateur de propagation
G, en rétrodiffusion.
Fig. 1 : Dispositif expérimental modèle. La « cible » à imager (cylindre métallique
de diamètre 10 mm) est dissimulée à une distance de 10 mm derrière une « forêt »
de diffuseurs métalliques (épaisseur 20 mm, diamètre 0,8 mm, densité 12 tiges/cm 2 ,
libre parcours moyen de diffusion 7 mm, à 3 MHz) répartis aléatoirement.
En fait, quelle que soit l’utilisation qui est faite du réseau (qu’il s’agisse d’imagerie classique par focalisation, de mesures
d’intensités, de corrélations spatio-temporelles du champ, etc…) toute l’information disponible est contenue dans la
matrice G des fonctions de Green inter-éléments. Pour les ondes ultrasonores, celle-ci est mesurable directement : une
impulsion brève est émise par l’élément n°i, et l’élément n°j enregistre le champ résultant gij(t). L’opération est répétée
pour toutes les valeurs possibles de i et de j, ce qui fournit un ensemble de N 2 signaux temporels dont chacun est un
élément de la matrice G. Une analyse temps-fréquence est ensuite effectuée, ce qui conduit à une série de matrices
complexes G(T,f) ou f désigne la fréquence et T le temps d’écho.
Le cas d’école représenté sur la figure 1 est celui d’une cible échogène, dissimulée derrière une forêt de plusieurs centaines
de tiges métalliques plus petites, réparties aléatoirement. L’expérience a lieu dans une cuve remplie d’eau. Ici l’épaisseur
de la couche diffusante est environ le triple de son libre parcours moyen, aussi la diffusion multiple domine-t-elle
clairement et l’intensité de l’écho cohérent qui a traversé le milieu, s’est réfléchi sur la cible et revient vers le réseau est
atténuée d’un facteur exp(6) ~ 400 par la diffusion. Naturellement, dans cette situation où la diffusion multiple domine, les
techniques classiques d’imagerie échouent totalement. C’est ce qu’illustre l’image échographique réalisée avec le même
réseau (fig. 2) :
Fig. 2 : Image échographique classique, en échelle logarithmique (dB),
réalisée par focalisation en émission et réception. Les premiers diffuseurs
de la forêt sont très clairement détectés. Mais au-delà de quelques mm (soit
l’ordre de grandeur du libre parcours moyen de diffusion) la diffusion
multiple devient prépondérante et l’image obtenue est une figure de speckle,
sans aucun lien direct avec la structure physique du milieu. La cible
échogène, qui se trouve ici à la profondeur Z=70 mm n’est absolument pas
détectée alors que son diamètre est douze fois supérieur à celui des
diffuseurs environnants.
Ici la contribution de diffusion simple recherchée (l’écho direct de la cible) est complètement noyée dans les contributions
de diffusion simple et surtout multiple provenant de la forêt de petites tiges. Peut-on en retrouver la trace dans la matrice
G, et construire une image plus fiable malgré la diffusion multiple ?
Malgré le désordre, en régime de diffusion multiple les éléments de la matrice G ne sont ni indépendants (à cause des
corrélations courte portée du champ diffus et de la réciprocité, qui impose Gij=Gji) ni identiquement distribués (à cause de
la rétrodiffusion cohérente, en moyenne les éléments diagonaux Gii ont une variance double des éléments non
diagonaux). Cela se traduit par un écart, que nous avons étudié, par rapport à la loi dite du « quart de cercle »
ρ ˆ 2
λ = 4 − ˆ λ , qui décrit la densité de probabilité des valeurs singulières λˆ d’une matrice aléatoire carrée de grandes
QC
( ) π
dimensions [6].
De plus, nos travaux ont établi que même dans un milieu constitué de diffuseurs aléatoirement répartis, en régime de
diffusion simple la matrice G présente une propriété remarquable supplémentaire : quelle que soit la réalisation du
désordre considérée, une forme particulière de cohérence spatiale persiste le long de ses anti-diagonales, c’est-à-dire
pour tous les couples d’éléments (i,j) tels que i+j=constante. En revanche, en régime de diffusion multiple (loin du seuil de

localisation forte) cette forme de cohérence particulière n’existe plus. Cette forme de cohérence persistante a deux
conséquences importantes :
- d’un point de vue pratique, dans le cas général où diffusion simple et multiple coexistent, cela nous permet de séparer
dans la réponse ondulatoire matricielle G d’un milieu hétérogène la contribution de diffusion simple G DS (utile à
construction d’une image) de la contribution de diffusion multiple G DM (qui est un cauchemar pour l’imagerie), d’où une
amélioration significative pour l’imagerie de milieux diffusants.
- d’un point de vue plus fondamental, les propriétés statistiques des valeurs singulières des matrices G DS et G DM sont
très différentes, ce qui en retour va déterminer la probabilité de détection d’une cible enfouie au sein d’un milieu diffusant.
Fig. 3 : Coupes des images obtenues, dans le plan de la cible, par focalisation
classique en émission-réception (en noir) et après élimination matricielle de la
contribution de diffusion multiple (en gris). La ligne verticale noire indique la
position exacte du centre de la cible. Une fois que la contribution de diffusion
multiple (G DM ) est séparée de la contribution de diffusion simple(G DS ) dans la
matrice totale G, la cible est détectée presque parfaitement comme si la forêt
diffusante avait été enlevée.
Les travaux que nous avons menés ces dernières années en relation avec la théorie des matrices aléatoires appliquée ici au
cas des ultrasons ont donné lieu à quatre publications et un brevet [A43-A46 et E2 dans la liste des travaux et
publications]. Entre autres choses, nous avons prouvé qu’il est effectivement possible expérimentalement de séparer la
matrice de Green totale G en une somme de contributions G DS + G DM dues respectivement aux événements de diffusion
simple et multiple, et que cette idée permettait en effet d’améliorer considérablement la détection d’une cible placée
derrière un milieu hétérogène multiplement diffuseur. Mais pour le moment ceci n’a été validé que dans le cas d’école d’un
milieu multiplement diffuseur synthétique (Figs. 1 à 3) de type forêt de tiges métalliques. Je propose donc deux
développements de cette approche, l’un à consonance appliquée l’autre au contraire très fondamental.
2.1.1 Matrices aléatoires et contrôle non destructif d’aciers à grains
L’application de cette approche matricielle à des matériaux réels comme les aciers à grains fortement diffusants constitue
un nouveau défi. Pour cela, je propose de réaliser, en partenariat avec EDF R&D avec lequel j’ai établi une collaboration,
plusieurs campagnes expérimentales sur des échantillons d’aciers à gros grains, couramment utilisés dans les tuyauteries
des centrales nucléaires et dont la structure hétérogène empêche la détection de défauts trop profonds (au-delà d’un ou
deux libres parcours moyens) par les techniques habituelles.
Dans un premier temps, nous réaliserons une campagne de mesures ultrasonores sur des échantillons d’alliages métalliques
sains mis à disposition par EDF R&D, à des fréquences typiques de 1 à 5 MHz. Les échantillons retenus pour ces
campagnes de mesures seront choisis en fonction de plusieurs critères : la connaissance de leur microstructure polycristalline
(taille et orientation des grains), leurs dimensions, leur intérêt en termes d’inspection par techniques
ultrasonores. Nous étudierons les propriétés statistiques de la matrice de Green G. On s’intéressera en particulier au « bruit
de structure » du matériau sain (c-à-d le niveau rms, au cours du temps, du signal rétrodiffusé à la source) ainsi qu’à la
distribution des valeurs singulières de la matrice G. L’évolution temporelle de intensité multiplement diffusée, relativement
à l’intensité totale, sera étudiée. On s’intéressera également à l’effet de rétrodiffusion cohérente, qui signe la présence de
diffusion multiple.
Une fois le milieu sain caractérisé, une deuxième campagne aura ensuite pour objet d’étude un échantillon du même type
d’acier, dans lequel seront placés des défauts artificiels (trous cylindriques de profondeurs et de diamètre contrôlés, trous à
fond plat, entailles). Nous testerons alors les performances de la technique de séparation diffusion simple/diffusion
multiple en termes de détection de ces défauts, et les comparerons avec celles d’autres techniques plus classiques
d’inspection ultrasonore.
Le succès de cette approche sera mesuré par sa capacité à apporter des réponses aux questions posées :
- évaluer le degré de diffusion multiple dans un échantillon d’acier à grains, en fonction du temps et de la
fréquence centrale
- estimer la statistique des valeurs singulières de la matrice G, en déduire un critère de détection de défaut
applicable à un échantillon réel
- comparer les performances (en termes de détectabilité des défauts) de cette « antenne intelligente », fondée sur la
séparation diffusion simple/diffusion multiple, à celles de techniques ultrasonores classiques (échographie par
focalisation [7], DORT [8]).

2.1.2 Matrice G et rétrodiffusion cohérente au seuil de la localisation d’Anderson
En dehors des phénomènes dissipatifs, essentiellement deux paramètres décrivent la propagation diffusive d’une onde : le
libre parcours moyen de transport * et la constante de diffusion D. * peut être interprété comme la distance au bout de
laquelle l’onde a « perdu la mémoire » de sa direction initiale du fait des diffusions successives qu’elle a subies. D mesure
la vitesse de croissance du « halo » de diffusion (dans une marche aléatoire diffuse, 2 Dt détermine la distance
quadratique moyenne parcourue au bout du temps t).
L’effet dit de rétrodiffusion cohérente, phénomène emblématique de la physique mésoscopique, est caractéristique du
caractère ondulatoire de la propagation en milieu multiplement diffusant. Il repose sur la seule symétrie qui ne soit pas
brisée par le désordre : la réciprocité. En effet, tant qu’il y a réciprocité (ce qui, en acoustique, suppose par exemple qu’il
n’y ait pas d’écoulement au sein du milieu diffuseur) quelle que soit la complexité du milieu de propagation, lorsque
source et récepteur coïncident tout chemin de diffusion multiple possède un « frère jumeau », chemin réciproque de même
phase, avec lequel il interfère donc constructivement (Fig 4a). D’un point de vue expérimental, ceci se traduit par un
doublement (par rapport à ce que prévoit une approche « incohérente » de type marche aléatoire de particules) de
l’intensité rétrodiffusée par le milieu à inspecter : l’intensité de la somme des chemins ne se réduit pas à la somme de leurs
intensités individuelle mais contient un terme d’interférence qui résiste à la moyenne sur le désordre.
S=R
p +
p -
(a)
(b)
Fig. 4 : (a) Principe de la rétrodiffusion cohérente. Le champ total reçu au point R peut être vu comme la superposition de contributions ondulatoires
associées chacune à un chemin de diffusion différent. Si tous les chemins sont supposés parfaitement décorrélés, en moyenne l’intensité de la somme
est égale à la somme des intensités. Dans ce cas la densité locale d’énergie, moyennée sur le désordre, est bien décrite par une approche « purement
incohérente » de type diffusion. Mais quel que soit le désordre du milieu, lorsque source (S) et récepteur (R) coïncident, cela n’est plus vrai : à cause
de la réciprocité, dans le calcul de l’intensité totale chaque séquence de diffusion (p+) peut être appariée à la séquence réciproque (p-), elle aussi
mise en jeu. Ces deux contributions étant exactement en phase, l’intensité de leur somme est le double de la somme de leur intensité.
Résultats expérimentaux obtenus à 3 MHz dans une forêt de tiges métalliques (diamètre 0.8 mm, densité 0.29 tiges/mm 2 ) : (b) Intensité rétrodiffusée
après moyenne sur le désordre : en abscisse le temps, en ordonnée l’écart angulaire entre directions incidente et d’observation. En champ lointain
(distance d’observation z>>(Dt) 1/2 ), au temps t la largeur à mi-hauteur du pic de rétrodiffusion cohérente est de l’ordre de δx=λz/(Dt) 1/2 . (c) On a
représenté 1/(δx) 2 en fonction du temps. L’évolution linéaire confirme le caractère diffus de la propagation et permet de mesurer D.
Ce phénomène, observé pour la première fois dans les années 1980[9] est la signature indubitable de la diffusion multiple.
Certains l’évoquent comme un précurseur de la localisation des ondes. En effet il indique que la probabilité de retour à la
source est plus élevée que ce que prévoit une approche « Boltzmannienne » du transport. Toutefois tant que le libre
parcours moyen est sensiblement plus grand que la longueur d’onde, une approche perturbative (en 1/k) demeure valable
et la théorie de la diffusion prédit correctement la propagation de l’intensité, moyennant (en rétrodiffusion) la prise en
compte de l’interférence entre chemins exactement réciproques (il faut alors, dans le développement diagrammatique de
l’équation de Bethe-Sapelther ajouter la contribution des diagrammes dits « most-crossed » à ceux des diagrammes en
« échelle » [1-3])
Mais cette approche perturbative n’est plus valable lorsque le désordre est tel que le libre parcours moyen devient plus petit
que la longueur d’onde. Physiquement, ce régime dit de localisation forte décrit une situation dans laquelle l’onde est
comme piégée au voisinage de sa source, le halo étant confiné exponentiellement au lieu de diffuser en t . Introduit dans
le cas de la fonction d’onde électronique par Anderson, le régime de localisation forte devrait, de même que la
rétrodiffusion cohérente, être observable avec tous les types d’ondes pourvu que le désordre soit suffisamment intense [10].
Or l’observation expérimentale de la localisation d’Anderson avec des ondes classiques est depuis longtemps un défi
expérimental et un sujet de controverses, les effets d’absorption (se traduisant aussi par une décroissance exponentielle de
l’intensité transmise) venant concurrencer ceux de la localisation [11].
(c)

Pourtant il a récemment été rapporté[5] une série de résultats expérimentaux
remarquables qui constituent un faisceau de preuves concordant : la première
manifestation de localisation d’Anderson tri-dimensionnelle d’ondes
acoustiques. Les échantillons dans lesquelles les expériences ont été conduites
sont des réseaux aléatoires formés de billes d’aluminium brasées de quelques
mm de diamètre (Fig. 5). Les mesures ultrasonores (autour de 2.4MHz, =0.6
mm, k =1.8) réalisées en transmission ont ainsi mis en évidence le
confinement du « halo » ultrasonore au voisinage de la source et permis
d’estimer la longueur de localisation ( ζ loc ≈ 15 mm), indépendamment de
l’absorption.
Fig. 5. (Extrait de [5]) échantillon de
billes d’aluminium brasées, formant
un réseau aléatoire.
Une autre preuve est amenée par la statistique du speckle : la densité de probabilité de l’intensité observée n’est clairement
plus exponentielle et montre de larges fluctuations se traduisant par l’apparition plus fréquente de pics élevés, comme on
l’attend en régime localisé[5].
Ces expériences ont été réalisées uniquement en transmission. Dès lors, une question ouverte et passionnante est : est-il
possible d’observer la signature de la localisation forte en rétrodiffusion ?
Pour cela je propose d’étudier les propriétés de la matrice de Green G en rétrodiffusion à l’aide d’un réseau de
transducteurs piézoélectriques, sur des échantillons semblables utilisés dans la réf [5] (Fig.5), en collaboration avec
l’université du Manitoba et, pour les aspects théoriques, avec le LPMMC de Grenoble (UMR 5493). D’une part, nous
étudierons la dynamique de la rétrodiffusion cohérente à l’approche de la localisation. En effet, si le régime de
localisation est avéré, on peut s’attendre à ce que l’évolution temporelle de la surintensité soit radicalement différente du
comportement classique (Fig. 4) : au lieu de s’affiner en λz Dt au cours du temps, sa largeur typique devrait évoluer plus
lentement et saturer à environ δx ≈ λz
ξloc
.
D’autre part, en utilisant l’approche matricielle décrite au paragraphe précédent, nous étudierons comment la statistique
des valeurs singulières de la matrice de Green est modifiée en régime de localisation. En particulier, on peut s’attendre
à ce que les effets de diffusion récurrente (c-à-d les chemins de diffusion tels que le premier et le dernier diffuseurs de la
chaîne sont les mêmes [12]) deviennent bien plus importants, leur probabilité d’apparition étant typiquement en 1/k. Or
dans la matrice G, la contribution de ces chemins récurrents devrait, tout comme G DS , se traduire par la persistance au
cours du temps de la cohérence le long des anti-diagonales, puisque la diffusion récurrente débute et se termine sur le
même diffuseur, comme s’il s’agissait de diffusion simple. Mais au contraire de la diffusion simple, cette contribution
récurrente ne s’évanouirait pas au bout de quelques libres parcours moyens, elle resterait présente aux temps longs (>>/c).
La statistique de la matrice G au cours du temps (distribution des valeurs singulières) devrait en porter la trace.
2.2. L’onde cohérente bi-modale
Ce deuxième axe de recherche concerne l’onde cohérente, c’est-à-dire la moyenne d’ensemble du champ acoustique
transmis à travers un milieu hétérogène aléatoire, et plus particulièrement la recherche de plusieurs modes cohérents.
Dans l’espace de Fourier, la fonction de Green moyenne peut se mettre sous la forme
~ 1
G = ~
2 2
k − k − Σ
0
où k0 désigne le nombre d’onde dans le milieu de référence (non perturbé) et la self-énergie Σ contient tous les effets de
diffusion multiple. Le nœud du problème est bien sûr de calculer Σ. Diverses approches théoriques sont possibles pour ce
faire, citons pour mémoire l’approximation de Bourret (applicable au cas de milieu continus à statistique gaussienne, en
négligeant les boucles), l’ISA (Independent Scattering Approximation) et la CPA (Coherent Potential Approximation) [1-
3,13].
Ces approximations ont des domaines de validité limités (en général 1/k

concentration (50-60%) [14]. Mais il n’en demeure pas moins que dans la très grande majorité des travaux, un seul mode
effectif est mis en évidence.
Or il existe des régimes, loin de la localisation forte, où le désordre est suffisamment faible pour que les approximations de
type ISA ou CPA soient encore valables, mais suffisamment fort pour que la fonction de Green moyenne, même dans un
fluide parfait, présente plusieurs pôles distincts, correspondant donc à plusieurs ondes cohérentes, chacune avec son
libre parcours moyen et sa vitesse. L’existence de plusieurs modes cohérents, même pour un fluide parfait dans lequel
n’existent que des ondes longitudinales, est-il une simple curiosité mathématique, sans fondement physique ou correspondil
à une réalité ?
Expérimentalement, observer indubitablement la propagation simultanée de deux modes cohérents est délicat. Faire
émerger l’onde cohérente suppose en effet une moyenne sur de nombreuses réalisations du désordre (que l’on peut espérer
remplacer par une moyenne spatiale via l’hypothèse d’ergodicité), ce qui est d’autant plus difficile à mettre en œuvre que
l’épaisseur traversée est grande devant le libre parcours moyen, car un plus grand nombre de réalisations est alors
nécessaire pour faire émerger l’onde cohérente. Or la distance de propagation doit justement être suffisamment grande pour
que deux modes de vitesses différentes puissent être résolus en temps. Et si les vitesses sont différentes, on peut penser que
les libres parcours moyens le sont aussi : dans ce cas, en augmentant la distance de propagation pour favoriser la séparation
des modes, on atténue aussi fortement celui des deux modes qui a le libre parcours moyen le plus faible. De tels régimes
sont donc très difficiles à observer [15,16]. Aussi dans la plupart des situations concrètes, il semble que le second mode de
la fonction de Green moyenne soit légitimement négligé.
Pour théoriques qu’elles semblent, ces spéculations sur la possibilité d’observer
plusieurs modes cohérents dans un fluide font pourtant écho à un phénomène encore
non expliqué en acoustique médicale : la présence, dans certaines conditions, de
deux ondes longitudinales dans un os trabéculaire plongé dans un fluide. L’os
trabéculaire (c'est-à-dire organisé sous forme de travées) est un milieu très complexe,
très poreux (en cas d’ostéoporose, le taux de porosité y est typiquement de 90 à
98%), et possède en général une structure anisotrope, les travées étant orientées
selon une direction préférentielle. Un exemple représentatif est donné Fig. 6.
Fig. 6 : reconstruction 3D de la structure trabéculaire d’une tête de fémur, après
microtomographie aux rayons X. La résolution est de 10 µ, les dimensions 7× 7×7 mm 3 .
Dans certaines conditions, non encore comprises, lorsqu’un échantillon d’os est immergé dans un fluide il a été clairement
observé deux modes longitudinaux [17,18] dans la gamme du MHz. Pour le moment, le modèle théorique de référence
utilisé pour interpréter ces résultats est la théorie de Biot [19,20], qui décrit les paramètres mécaniques effectifs d’un
milieu poreux. Toutefois cette approche est probablement inappropriée ici car la longueur d’onde n’est pas suffisamment
grande devant la taille des hétérogénéités pour que le modèle s’applique. La diffusion multiple doit être prise en compte.
D’autre part le modèle de Biot utilise une douzaine de paramètres d’ajustement (incluant la tortuosité de la phase
solide[21], les viscosités des phases liquides et solide) difficilement maîtrisables. Enfin certains résultats expérimentaux
récents indiquent que la dépendance fréquentielle de l’atténuation et l’influence de la nature de la phase liquide (moelle ou
eau) sur l’atténuation mesurée dans l’os trabéculaire poreux ne sont pas correctement décrits par la théorie de Biot [22].
Une modélisation adéquate de la propagation dans l’os poreux, en dehors du régime basse fréquence [23], reste donc à
établir. On peut pour cela s’inspirer de travaux relatifs à la diffusion dans des structures aléatoires anisotropes (p.ex.
cristaux liquides nématiques[24], matériaux texturés [25-27]), pour l’instant limités par hypothèse à l’existence d’un seul
mode longitudinal dominant.
D’un point de vue théorique, je propose de partir des approches traditionnelles en diffusion multiple (ISA, CPA, Bourret)
et de les appliquer à des structures hétérogènes inspirées de l’os trabéculaire, mais plus simples. Par exemple, pour rendre
compte de son anisotropie structurelle, on pourrait considérer une distribution aléatoire de diffuseurs elliptiques immergés
dans un fluide, les diffuseurs étant uniformément répartis mais présentant une direction d’alignement préférentielle. A des
taux de porosités comparables à ceux de l’os, une telle configuration ferait-elle apparaître deux modes ? Quels sont les
critères (direction préférentielle, concentration, percolation) pertinents pour voir apparaître deux modes ? La (ou les)
vitesse(s) de propagation de l’onde cohérente dépend(ent)-elle(s) fortement de la direction ?
Une piste alternative consisterait à décrire l’hétérogénéité de l’os par un potentiel continu ( r )
µ à statistique gaussienne et
présentant une fonction d’autocorrélation anisotrope. Plus généralement il faudrait résoudre l’équation de Dyson pour le
champ cohérent, en prenant comme base du modèle une fonction de corrélation simple mais suffisamment réaliste pour
décrire une structure aussi complexe que celle de la Fig. 6.
Ces pistes théoriques seraient complétées par l’utilisation d’un outil de simulation aux différences finies développé au
laboratoire par mon collègue E. Bossy (Simsonic). Celui-ci est pour l’instant limité à 2D, mais peut éclairer la
compréhension des phénomènes physiques, en variant facilement les paramètres structurels du milieu. Par exemple, dans le

cas de diffuseurs elliptiques, la connectivité entre ellipses est-elle un paramètre déterminant pour l’apparition de deux
modes longitudinaux ? Dans ce cas l’existence d’un 2 e mode longitudinal pour l’onde cohérente serait plutôt liée à celle
d’une onde guidée dans les travées (peut-être similaire à une onde de Lamb dans un guide d’onde aléatoire[28]), plutôt
qu’à un mode résonant de type Stoneley [15].
Enfin, l’application directe supposera la caractérisation in vitro d’os trabéculaires réels, avec étude systématique sur un
grand nombre d’échantillons osseux. Une collaboration avec des laboratoires plus directement impliqués dans les
applications cliniques serait alors nécessaire. A Paris, notre partenaire naturel serait l’équipe de P. Laugier (LIP, UMR
7623). Depuis la présentation récente de nos résultats préliminaires (Acoustical Society of America, nov. 2011) une
collaboration avec une équipe japonaise (M. Matsukawa, Doshisha University) est en projet.
2.3. La transition radiatif – diffus
Il est bien connu que la propagation de l’intensité véhiculée par une onde dans un milieu hétérogène aléatoire est régie par
l’équation de Bethe-Salpether[1-3, 13]. Formellement exacte, celle-ci ne peut-être résolue car elle nécessite le calcul du
vertex irréductible, qui (de façon analogue à la self-énergie pour l’équation de Dyson) fait apparaître une somme infinie de
diagrammes résumant tous les événements de diffusion possibles, avec leurs corrélations éventuelles. Les approximations
courantes (séparation des échelles de temps, d’espace, approximation des diagrammes de ladder) permettent d’aboutir à
une équation plus simple dite de transfert radiatif (ETR) à laquelle obéit l’intensité spécifique I (ou radiance). Cette
grandeur résulte d’une décomposition angulaire du flux d’énergie, dE = IdSdtn.
udΩ
u représentant la quantité d’énergie
s’écoulant à travers une surface élémentaire dS de normale n , dans un intervalle de temps dt , vers un cône d’angle solide
dΩu autour de la direction u [29,30].
Physiquement, ces approximations consistent à assimiler la propagation de l’énergie véhiculée par l’onde à celle de de
particules classiques sans interaction entre elles, se propageant en suivant des rayons et subissant des diffusions
successives sur les hétérogénéités du milieu. On ignore donc ici l’aspect ondulatoire : les particules s’additionnent sans
interférer. L’élément clé décrivant le processus élémentaire de diffusion est la fonction de phase p ( u u′
)
, qui décrit la
probabilité pour une particule incidente selon u′
de diffuser selon u . Elle est définie à partir de la microstructure du milieu
hétérogène. Dans le cas d’un nuage de diffuseurs discrets identiques, la fonction de phase est simplement la section
efficace différentielle d’un diffuseur unique, normalisée par la section efficace totale. Au-delà des ondes scalaires, une
généralisation de l’ETR au cas des ondes élastiques dans les solides hétérogènes a été établie [31].
Malheureusement, en dehors de cas très simples (p.ex. ondes scalaires avec une fonction de phase isotrope, dans un milieu
infini) il n’existe pas de solution analytique de l’équation de transfert radiatif [32] et sa résolution nécessite un traitement
numérique lourd (surtout à 3D). Pour aller plus loin dans le traitement analytique, une approximation supplémentaire est
possible. Elle consiste en un développement de l’intensité spécifique en harmoniques sphériques, dont on ne retient que les
deux premiers termes :
I
c 3
≈ +… (Eq. 1)
4π
4π
( r,
u,
t)
W ( r,
t)
+ J ( r,
t)u
.
avec W la densité locale d’énergie (le « nombre de particules » se trouvant à l’instant t au point r) et J le courant moyen
de particules à l’instant t au point r. Dans le membre de droite de l’Eq. 1, le premier terme est isotrope (pas de dépendance
en u ) et le second faiblement anisotrope. Physiquement, cette approximation traduit le fait que même si toutes les
particules ont été initialement lancées dans la même direction, l’évolution naturelle des diffusions successives sera d’
« isotropiser » les directions de propagation. Elle est donc raisonnable au-delà de quelques événements de diffusion. On
montre alors que l’ETR se réduit à une simple équation de diffusion pour W, et conduit à J = −DgradW
(similaire à la loi
* *
de Fick) avec D = c 3 et = 1−
cos , désignant le cosinus moyen de l’angle de diffusion ( u u′
)
, , calculé à partir
p u u′
, .
de la fonction de phase ( )
L’approximation de la diffusion a été employée avec succès pour décrire le transport d’ondes acoustiques à travers des
milieux d’épaisseur supérieures à ~3 ∗
[33]. Dans le cas plus compliqué d’ondes élastiques, il est également possible
d’aboutir à une équation de diffusion pour W, D résultant alors d’une pondération des libres parcours moyen et vitesses des
modes S et P [31].
Aussi, dans le cas d’un transducteur piézo-électrique insonifiant un milieu hétérogène, pour déterminer l’intensité
transmise ou rétrodiffusée, une approche classique consiste à calculer la fonction de Green de l’équation de la diffusion
(voire de l’ETR si nécessaire) avec les conditions aux limites appropriées, puis d’écrire la solution comme une convolution
entre la fonction d’ouverture du transducteur et la fonction de Green.

Or il y a des situations où cette approche classique peut échouer, même très loin du régime de localisation, pour
deux raisons : d’une part les termes suivants dans l’Eq.1 peuvent être supérieurs au terme d’ordre 1 ( J u
. ), d’autre part, au
contraire de la source « physique » (le transducteur), le terme source adéquat dans l’ETR n’est pas nécessairement localisé
dans le temps et dans l’espace. Je propose d’étudier deux aspects de ce problème, l’un plus académique l’autre plus
appliqué.
2.3.1. Transport non diffusif 2D
*
L’idée serait de concevoir une expérience spécifique qui illustrerait que, dans certains cas, = ( 1−
cos )
n’est pas
nécessairement le paramètre pertinent pour caractériser le transport de l’intensité moyenne. Pour ce faire, je propose
d’étudier la dynamique d’évolution du halo moyen de diffusion entre deux points, en transmission, dans un milieu quasi-
2D modèle comme une forêt de tiges parallèles de paramètres contrôlables, immergées dans l’eau. La fréquence centrale
serait choisie de telle sorte qu’elle corresponde à un mode de résonance des diffuseurs tel que leur section efficace
différentielle (et donc la fonction de phase gouvernant l’ETR) à cette fréquence présente des harmoniques angulaires
d’ordre 2 ou 3 de poids bien supérieur à celui du fondamental. D’un point de vue théorique, cela ne remettrait pas en
cause la tendance à long terme, c’est-à-dire l’évolution vers l’isotropie, mais la transition ne serait plus simplement
*
= 1−
cos . Il faudrait identifier alors une autre distance caractéristique, prenant en compte les
gouvernée par le seul ( )
termes d’ordre supérieurs dans le développement de l’intensité spécifique (Eq. 1).
Je propose d’étudier ce problème théoriquement et expérimentalement, en concevant un échantillon où la transition de
l’ETR vers le régime diffus serait suffisamment lente pour pouvoir être observée précisément, dans une bande de
fréquences accessibles à des transducteurs piézo-électriques de tailles comparables à la longueur d’onde (typiquement entre
1 et 8 MHz). L’emploi de forêts de tiges parallèles (non nécessairement métalliques) est intéressant, car la convergence de
l’ETR vers l’équation de la diffusion est sensiblement plus lente à deux dimensions qu’à trois [32].
2.3.2 Dynamique de l’intensité rétrodiffusée aux temps faibles : CND de milieux modérément hétérogènes
Même en dehors de ce cas d’école (paragraphe 2.3.1), il est des applications tout à fait concrètes où la transition
progressive depuis l’équation de Bethe-Salpether jusqu’à l’ETR et l’équation de la diffusion (ED) nécessite d’être revisitée
en détail.
En vue d’applications au contrôle non-destructif (CND), les expériences en rétrodiffusion suscitent plus d’intérêt car les
pièces à inspecter sur site ne sont en général accessibles que d’un côté. Pour calculer l’intensité diffusée, un problème
crucial est définition adéquate de la source diffuse à prendre en compte dans l’ED ou l’ETR. Considérons l’exemple
typique représenté sur la Fig. 7, où un transducteur piézoélectrique est placé au contact d’un matériau hétérogène. Le
transducteur n’est pas nécessairement petit devant la longueur d’onde, et émet de façon cohérente. Quelle est la source
diffuse dans ce cas, et où est-elle ? L’ouverture du transducteur peut-elle être remplacée par une superposition de sources
diffuses ponctuelles ?
TRANSDUCER
×××××××××
z0
3 – 7
Fig. 7 : Dans cette expérience type, les dimensions du transducteur sont de
quelques longueurs d’onde. Pour calculer l’intensité, une approche classique
consiste à traiter l’ETR ou l’équation de la diffusion en considérant un
ensemble de sources diffuses fictives (croix rouges), sous l’hypothèse que le
champ incident devient diffus après une distance caractéristique z0. Ici la
source physique n’est ni ponctuelle ni infiniment plane et rayonne de façon
cohérente. L’épaisseur de l’échantillon est de quelques libres parcours
moyens, la diffusion multiple doit donc être prise en compte.
Certes, si la profondeur d’intérêt est grande devant *, alors même sans atteindre stricto sensu le régime diffus, il a été
montré qu’il est tout à fait légitime (et bien plus pratique, analytiquement) de simplifier le problème en injectant dans
l’ETR ou l’ED une source simple dont la forme décrit l’ouverture du transducteur, éventuellement artificiellement située à
une profondeur z0 sous l’interface pour rendre compte de la distance nécessaire pour que le champ incident ait diffusé
[33,34].
Mais cette approche risque de ne pas toujours être adaptée, particulièrement en vue de mesures qui seraient réalisées en
rétrodiffusion dans des milieux « modérément hétérogènes », c’est-à-dire tels que les distances parcourues sont
suffisamment grandes devant le libre parcours moyen pour devoir prendre en compte la diffusion multiple, mais pas assez
pour appliquer l’ETR ou l’ED munies d’une « source diffuse » simple.
Dans une telle situation, une description plus précise de la source diffuse est nécessaire. Physiquement, on peut décrire le
processus mis en jeu en deux temps : un rayonnement cohérent est émis par le transducteur, d’ouverture limitée ; tout en

divergeant (par le jeu naturel de la diffraction) son amplitude moyenne décroît par diffusion, au fil de la propagation. Et
c’est la décroissance de l’intensité cohérente qui va alimenter l’intensité diffuse et servir de terme source dans l’ETR. Il
n’y a donc pas à proprement parler de source diffuse localisée dans le temps ou dans l’espace, mais un processus continu et
progressif qui transfère l’énergie du champ cohérent (gouverné par l’équation de Dyson et les lois de la diffraction) et la
redirige vers un processus incohérent bien décrit par une ETR.
Pour en rendre compte plus précisément, je propose, en collaboration avec mon collègue R. Pierrat, d’adapter à
l’acoustique l’approche développée en optique [35], en se limitant dans un premier temps pour des ondes scalaires. L’idée
générale est de ne pas introduire de terme source diffuse a posteriori dans l’ETR ou l’ED. L’intensité spécifique (définie
ici comme la transformée de Wigner spatio-temporelle du champ [30,35,36], moyennant la seule hypothèse de séparation
des échelles) est alors scindée en deux termes : l’un balistique ou cohérent (Ic), l’autre diffus ou incohérent (Id). On peut
montrer, dans le cas d’ondes électromagnétiques, que l’ETR unique sur I est alors remplacée par deux équations couplées,
le terme Ic servant de terme source à l’équation pour Id. La distribution des sources cohérentes, déterminée par la géométrie
du transducteur, n’intervient que dans l’équation sur Ic. Une fois celle-ci résolue, le terme source correct à appliquer pour Id
est connu.
Il reste à adapter ce formalisme au cas des ultrasons, puis à développer une stratégie de résolution numérique de l’ETR
pour l’intensité diffuse Id dans une géométrie de type tranche. Ceci permettrait notamment d’étudier plus rigoureusement la
dynamique aux temps courts de l’intensité rétrodiffusée. Une confrontation à des mesures expérimentales serait alors
effectuée.
L’application directement visée serait la caractérisation et le CND de milieux hétérogènes d’épaisseurs typiques comprises
entre 2 et 7 libres parcours moyens, c’est-à-dire suffisamment grandes pour que la diffusion multiple domine, mais trop
faibles pour qu’on atteigne le régime diffus. Des expériences préliminaires indiquent que c’est probablement le cas dans
des aciers austénitiques de quelques centimètres d’épaisseur, autour de 3 MHz. Notons que des questions semblables ont
été traitées en géophysique, à propos de la diffusion multiple des ondes sismiques dans la croûte terrestre [37-41].
Cependant dans la situation considérée ici, contrairement aux géophones les transducteurs ne sont pas très petits devant la
longueur d’onde, et les milieux considérés sont d’épaisseurs plus faibles, relativement au libre parcours moyen, que la
croûte terrestre. En CND également, la transformée de Wigner de la source a été employée, dans le cas d’un transducteur
gaussien focalisé, pour calculer la contribution de diffusion simple[36].
Plus généralement, si nous pouvons modéliser correctement la propagation de l’intensité dans ces milieux « modérément
hétérogènes », alors nous pourrons mieux les caractériser, par exemple via l’effet de rétrodiffusion cohérente (en incluant
alors les diagrammes croisés dans l’analyse), que ce soit en champ lointain ou en contact.
Imaginons par exemple une expérience de rétrodiffusion cohérente dans un milieu granulaire ou polycristallin de type acier
à grains, réalisée en champ lointain à l’aide d’un réseau de transducteurs piézoélectriques. Idéalement (Fig. 4), si
l’échantillon est multiplement diffuseur, alors la répartition angulaire de l’intensité moyenne rétrodiffusée devrait faire
apparaître un pic visible à partir du temps caractéristique 2*/c (temps nécessaire pour qu’il y ait une diffusion double), pic
dont la largeur angulaire devrait s’affiner au cours du temps en λ Dt ce qui permettrait de mesurer D. Mais ces
conditions idéales ne sont pas toujours rencontrées : dans un milieu « modérément hétérogène », si le régime diffus n’est
pas atteint, la dynamique du pic de rétrodiffusion ne sera pas en t , et les mesures de paramètres de transport comme D
ou* ne seront pas aussi simples qu’en régime diffus. De même, si l’expérience est réalisée en contact (ce qui est souvent
le cas en CND), c’est le temps d’apparition du pic et non sa largeur qui pourrait permettre de déterminer une longueur
caractéristique de la diffusion, mais le lien entre ce temps caractéristique et * ne sera pas aussi simple que dans
l’approximation de diffusion. Que ce soit en contact ou en champ lointain, pour progresser dans la caractérisation de
milieux « modérément hétérogènes », une approche plus poussée de l’ETR, comme celle que nous proposons, est donc
nécessaire.

III. L’équipe & les collaborations extérieures
J’ai indiqué dans le tableau ci-dessous le nom des permanents du laboratoire avec lesquels je souhaite mener ces travaux de
recherches.
Axe de recherches Membres du laboratoire impliqués Collaborations extérieures
2.1. Matrices aléatoires Alexandre AUBRY (CR CNRS) Aspects CND : EDF R&D
Aspects fondamentaux, localisation
d’Anderson : LPMMC (UMR
5493, Grenoble) et Université du
Manitoba (Ultrasonics Research
2.2. Ondes cohérente bi-modale Emmanuel BOSSY (MC ESPCI)
Marie MULLER (MC Paris 7)
Laboratory)
Aspects appliqués à l’os : LIP
(UMR 7623, Paris 6) et Doshisha
University
2.3. Transition radiatif-diffus Romain PIERRAT (CR CNRS) Aspects CND : EDF R&D, CEA
A ceux-ci il faut ajouter deux étudiants dont je dirigerai les thèses au laboratoire, l’une portant sur matrices aléatoires
appliquées au CND (volet appliqué du thème 2.1, financement EDF) et l’autre sur la modélisation de la propagation dans
l’os poreux (volets appliqué et fondamental du thème 2.2, financement Fondation AXA pour la recherche) ainsi qu’un
post-doc (thème 3, recrutement prévu en 2012-2013 sur financement ANR).
Les axes 2.1 et 2.3 (uniquement leurs volets appliqués au CND) sont en partie communs au projet DiAMAN (Diffusion
Acoustique dans les Milieux Aléatoires et Non-linéaires) financé par l’ANR d’octobre 2011 à septembre 2015 et dont je
suis le responsable scientifique, mais ils n’en sont qu’une partie. Le thème 2 est totalement découplé de DiAMAN, et
DiAMAN contient d’autres aspects (notamment ceux relatifs à la propagation en régime non-linéaire) que je n’ai pas
mentionnés ici.
En effet, je tiens à préciser que je n’ai mentionné dans ce projet que les axes de recherches dont je suis le responsable au
laboratoire et pour lesquels mon implication scientifique sera majeure.
Les thèmes de recherches de mon laboratoire ou les collaborations extérieures pour lesquels ma participation est réelle
mais minoritaire n’ont délibérément pas été listés dans mon projet de recherches (c’est le cas, par exemple de la
propagation d’ultrasons en régime non-linéaire dans les gels bulleux, en collaboration avec le laboratoire Matière et
Systèmes Complexes-UMR 7057 ou de certains aspects de simulations numériques dans ces milieux en collaboration avec
l’Institut Jean Le Rond d’Alembert-UMR 7190, ou encore de propagation ultrasonore dans le béton, avec l’IFSTTAR-
Nantes).
IV. Programmation prévisionnelle
Les trois axes de recherches que je propose participent d’une même thématique (« ondes ultrasonores en milieux
complexes ») mais ils sont totalement indépendants, dans le sens où le bon déroulement de l’un ne dépend aucunement de
l’achèvement des autres.
Je compte donc mener les trois simultanément, pendant les 5 années à venir. Je suis parfaitement conscient que le
CRCT d’une année, que je souhaite étaler sur deux ans si cela est possible, est insuffisante pour cela, mais il me permettra
de lancer prioritairement les deux premiers thème, qui seront prioritairement abordés, et devraient voir des résultats
significatifs dès la fin des thèses prévues. Quant au troisième axe, il n’atteindra son plein régime qu’en 2013, avec le
recrutement d’un post-doc pour 2 ans.

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Fouque Ed., NATO ASI Series, Kluwer (1999).

DEMANDE D'UN CONGÉ POUR RECHERCHES OU CONVERSIONS THÉMATIQUES
AU TITRE DE L’ETABLISSEMENT
ANNÉE 2012 – 2013
---------------------------------------------
(DEMANDE À REMPLIR PAR L’ENSEIGNANT-CHERCHEUR, EN DOUBLE EXEMPLAIRE)
Établissement d’affectation :
Composante :
NOM patronymique : …HUERTAS-COMPANY…………. Nom marital : …………………………………....
Prénoms : ……Marc………… Date de naissance : …02../07./1981….
Corps : MCF… Grade : ……………………. Emploi occupé n° : MCF 539 …. Section du CNU : 34
J’ai l’honneur de demander un congé pour :
X Recherches □ Conversions thématiques □ Recherches et conversions thématiques
Au titre de la section du Conseil national des universités n° 34 , Astronomie-Astrophysique
□ D’une durée d’un semestre (1) ou X d’une année (1)
Par période de six ans passée en position d’activité ou de détachement.
□ Responsabilités collectives ou □ Enseignements nouveaux ou pratiques pédagogiques innovantes
ou □ d’une durée d’un semestre, suite à congé de maternité (1) ou congé parental (1)
Congé obtenu du : …..…/……./………….. au …..…/……./……...... (3)
Indiquez la date de début du congé : ….…./….…./………., au titre du projet présenté ci-joint.
CRCT déjà obtenu (s) : …NON… Dates : …………………………………………..
A …Paris………………le 03/05/2012
Signature de l’enseignant –chercheur Visa du directeur d’UFR
(1) Cocher la rubrique concernée.
(2) Préciser le numéro et l’intitulé. La demande doit correspondre à la section à laquelle l’enseignant-chercheur
appartient ainsi que le projet qui s’y rapporte, cependant la section peut-être différente de sa section de
rattachement.
(3) Le justificatif du congé signé par l’administration doit accompagner la demande.
AVIS DU CHEF D’ÉTABLISSEMENT Date et signature

Marc Huertas-Company
Maitre de Conférences
Information personnelle
Nom HUERTAS-PORTOCARRERO COMPANY, Marc
Date/Lieu
naissance
Juillet 1981, Ivry sur Seine (94)
Nationalité Espagnole
Etat civil PACS, 1 fille
Adresse GEPI - Observatoire de Paris, 77 av. Denfert Rochereau, 75014 - Paris
email marc.huertas@obspm.fr
Thèmes de recherche
Astronomie extra galactique: évolution de galaxies, amas de galaxies, morphologies
de galaxies, relations d’échelle. Instrumentation: imagerie à haute
résolution angulaire, spectroscopie integrale de champ.
Expérience professionnelle
2009-today Maitre de Conférences, Université Paris 7 Denis Diderot et GEPI (Observatoire de
Paris).
2008-2009 ESO Fellow, Santiago-Paranal, Chile, Astronome de support UT-4(NACO, SINFONI,
HAWKI).
Formation
2005–2008 Doctorat en astrophysique, Observatoire de Paris.
Directeur de thèse: Daniel ROUAN, Geneviève SOUCAIL, Mariano MOLES.
Intitulé de la thèse: Morphologies of distant galaxies from large cosmological
surveys using ground based NIR imaging.
2004-2005 Master 2 recherche spécialité astronomie/astrophysique, Observatoire de Paris,
Paris.
1999–2004 Diplome d’ingénieur, ETSI Telecomunicación (Universidad Politécnica de Madrid) et
Ecole Nationale Supérieure des Mines de Paris, Madrid, Paris.
Enseignement supérieur
2009- 192h équivalent TD par an.
Enseignements:.
- Mécanique du point, L1.
- Informatique et programmation, L3.
- Traitement d’images, M1.
1/3

- Analyse numérique, M1 et M2.
Instrumentation et expérience observationnellle
2008-2009 80 nuits comme astronome de support au VLTNACO, SINFONI, HAWKI
2008-2009 HAWK-I Instrument Fellow (VLT)
2009-today Membre du GIS-PHASE. Groupe d’intérêt scientifique autour de la haute résolution
angulaire.
2009-2010 Contribution à la construction d’un prototype du mode haute résolution pour
l’instrument du E-ELT OPTIMOS-EVE (BQR P7)
2011-aujourd’hui Construction d’une caméra infrarouge pour CANARY, démonstrateur de l’instrument
EAGE de l’E-ELT (BQR P7)
2011-aujourd’hui Membre de l’équipe scientifique du spectrographe multi-objet WEAVE
Publications dans des revues à comité de lecture
1. Aguerri, Huertas-Company et al. 2011, A&A, accepted, Dissecting the morphological
and spectroscopic properties of galaxies in the local universe
2. Huertas-Company et al. 2012, ApJ, submitted, On the size evolution of quiescent
galaxies from z ∼ 1 in the COSMOS field: morphology and environment dependence
3. Mei et al. 2012, ApJ, accepted, Early-type galaxies at z = 1.3. I. The Lynx supercluster:
morphology and color–magnitude relation
4. Ferrarese et al. 2011, ApJ, submitted, NGVS I: Introduction to the survey
5. Raichoor et al. 2011, ApJ, in press, Early-type galaxies at z 1.3. IV. Scaling relations
in different environments
6. Povic et al. 2011, A&A, accepted, AGN-host galaxy connection: Morphology and
colours of X-ray selected AGN at z≤2,
7. Sanchez-Almeida et al. 2011, ApJ, 735, 125, Relationship between Hubble Type and
Spectroscopic Class in Local Galaxies
8. Rettura et al. 2011, ApJ, 732, 94, Early-type Galaxies at z 1.3. III. On the Dependence
of Formation Epochs and Star Formation Histories on Stellar Mass and Environment
9. Raichoor et al. 2011, ApJ, 732, 12, Early-type Galaxies at z 1.3. II. Masses and
Ages of Early-type Galaxies in Different Environments and Their Dependence on Stellar
Population Model Assumptions
10. Boselli et al. 2011, A&A, 528, 107, The GALEX Ultraviolet Virgo Cluster Survey
(GUViCS). I. The UV luminosity function of the central 12 sq. deg
11. Andreon & Huertas-Company 2011, A&A, 526, 11, Red sequence determination of the
redshift of the cluster of galaxies JKCS 041: z 2.2
12. Huertas-Company et al. 2011, A&A, 525, 157, Revisiting the Hubble sequence in the
SDSS DR7 spectroscopic sample: a publicly available Bayesian automated classification
13. Huertas-Company et al. 2010, A&A, 515, 3, Evolution of blue E/S0s galaxies from
z ∼ 1: merger remnants or disk rebuilding galaxies?
2/3

14. Huertas-Company et al. 2009, A&A, 505, 83, The role of environment in the morphological
transformation of galaxies in 9 intermediate redshift clusters
15. Huertas-Company et al, 2008, A&A, 497, 743, A robust method to quantify morphologies
of galaxies using support vector machines on seeing limited images II. Morphological
evolution from z ∼ 2 in the COSMOS field from Ks-band imaging
16. Huertas-Company et a. 2008, A&A, 478, 971, A robust method to quantify morphologies
of galaxies using support vector machines on seeing limited images I. Method
description
17. Huertas-Company et al. 2007, A&A, 468, 937, Morphological evolution of z ∼ 1
galaxies from deep K-band AO imaging in the COSMOS field
18. Huertas-Company et al. 2007,Morphology of z ∼ 1 galaxies from deep K-band AO
imaging in the COSMOS field, 2007, Il Nuovo Cimento
Encadrements de thèses et stages
2010- Lauriane DELAYE, PhD thesis: Mass-size relation in galaxy clusters at z ∼ 1
2011 Laurence SIMON, Stage M2: Dry mergers in a galaxy cluster at z ∼ 0.8
2011 Cecile SUN, Stage M1: Détection automatiques des galaxies de l’amas de la Vierge
Visites scientifiques
Juin 2011 Instituto de astrofísica de Canarias, collaboration avec Dr. J.A.L Aguerri
Avril 2011 Universidad Complutense de Madrid, collaboration avec Dr. J. Gallego
Novembre 2010 University of Pensylvannia, collaboration avec Prof. M. Bernardi
Janvier 2009 Instituto de astrofísica de Canarias, collaboration avec Dr. .A.L Aguerri
Décembre 2008 Laboratoire d’astrophysique de Toulouse, collaboration avec Prof. G. Soucail
Juillet 2007 Laboratoire d’astrphysique de Marseille, collaboration avec Prof. O. Le Fèvre
Mai 2007 Instituto de astrofísica de Andalucía, collaboration avec Prof. M. Moles
Langues
Espgnole Langue mat.
Français Bilingue
Anglais Buen nivel
Allemand Base
Catalan Langue mat.
References
• Simona MEI (simona.mei at obspm.fr)
• Daniel ROUAN (daniel.rouan at obspm.fr)
• J. Alfonso L. AGUERRI (jalfonso at iac.es)
• Geneviève SOUCAIL (soucail at ast.obs-mip.fr)
• Mariano MOLES (moles at iaa.es)
3/3

Huertas-Company - CRCT 2012-2013
Rapport d’activités - 2007-2011
J’ai soutenu ma thèse en septembre 2008 et je suis arrivé au département de physique de Paris 7 et au GEPI
en septembre 2009. Depuis mon arrivée, je travaille en étroite collaboration avec Mme Simona Mei avec qui
nous sommes entrain de construire un groupe de recherche autour de la thématique de l’évolution de galaxies
dans différents environnements. Mes activités de recherche sont donc centrées sur l'évolution de galaxies
d'un point de vue observationnel.
J'ai publié 18 articles dans des revues à comité de lecture, 14 depuis mon arrivée à Paris 7, dont 8 en tant
que premier auteur et 2 en tant que deuxième. J’ai un h-index autour de 7.
Je décris brièvement par la suite l’ensemble de mes activités au cours des dernières années.
1. Morphologies de galaxies
J'ai développé un intérêt pour la morphologie de galaxies pendant mes travaux de thèse que je continue à
entretenir actuellement. Depuis les années 30, il est bien connu que la distribution de galaxies dans l’Univers
local suit une séquence connue sous le nom de séquence de Hubble. D’un coté, il y existe des galaxies
présentant une strucutre en forme de disque et dont les étoiles sont en rotation ordonnée et d’un autre cote,
des galaxies plutot elliptiques, avec peu de gaz et dont le mouvement des étoiles est dominé par la vitesse de
disperssion de celles-ci. Quand et comment cette séquence s’est-elle construit au cours de l’histoire de
l’Univers est un axe central de mes activités de recherche récentes et un problème majeur de la cosmologie
observationnelle moderne.
Les sondages cosmologiques profonds tels que SDSS, COSMOS, GOODS ou DEEP2 tentent de suivre les
populations de galaxies au cours du temps afin de déterminer leur propriétés et contraindre un chemin
évolutif.
Estimer proprement la morphologie de galaxies dans ce type de sondages cosmologiques profonds est un
travail complexe cependant car ceci est traditionnellement réalisé par inspection visuelle. Cela devient
extrememement compliqué lorsqu’il s’agit de plusieurs centaines de milliers d’objets et requiert des
techniques d’apprentissage automatique sophistiquées.
Pendant ma thèse, j'ai donc développpé un code automatique, basé sur une famille de machines
d'apprentissage permettant d'estimer la morphologie de galaxies de façon fiable (galSVM, Huertas-Company
et al. 2008, 2009). Il s’agit d’une généralisation importante de techniques déjà existantes, qui permet de
déterminer la morphologie d’un grand nombre de galaxies en un temps raisonnable et avec une qualité
comparable aux classifications classiques visuelles.
Le code a été rendu publique pour l'ensemble de la communauté astrophysique en 2008 et a été ou est
entraitn d'être employé avec succès dans plusieurs collaborations internationales dont je suis membre.
En collaboration avec l'Institut d'Astrophysique des Canaries (IAC) et UPenn, nous avons publié la
classification morphologique de 700.000 galaxies dans l'Univers local qui doit être une référence pour des
travaux à plus grand redshift (Huertas-Company et al. 2011). Nous avons également commencé à expoloiter
la classification avec une série de papiers visant a étudier en détail les propriétés spectro-photométriques des
galaxies de l’Univers local (Aguerri, Huertas-Company et al. 2012, A&A in press). Le docteur J.A.L Aguerri
de l’institut d’astrophysique des Canaries sera en visite à l’Observatoire de Paris avec une délégation sur un
poste vacant en janvier 2012 et juin 2012 pour continuer ce travail.
Egalement dans l'Univers local, le projet AVOCADO (PI. R. Sánchez-Janssen), vise à obtenir une vision
détaillée de l'évolution des galaxies naines. galSVM doit pouvoir obtenir une classification morphologique
détaillée de plusieurs milliers de ces galaxies. Dans ce cadre, j'ai obtenu un financement pour organiser en
juin 2011 un workshop au sein de la collaboration à l'observatoire de Meudon qui a été le point de départ du
projet.
Plusieurs publications devraient paraitre au cours de l’année 2012.
A plus grand redshift, galSVM a été employé avec succès dans les sondages profonds COSMOS (Tasca et al.
2009) et CFHTLS (Huertas-Company et al. 2009). Je suis également entrain de produire une classification
morphologique pour le sondage ALHAMBRA, qui devrait être rendue publique au cours de l'année
prochaine.

Huertas-Company - CRCT 2012-2013
Une partie de mon activité pendant ces dernières années a donc été consacrée à l'amélioration et entretien du
code. Une nouvelle version plus robuste et présentant un certain nombre d’améliorations a été mise en ligne
en effet en été 2011.
Finalement, le code dans son état acutel, devrait etre utile pour les missions futures également et en
particulier pour la mission EUCLID récemment approuvée par l’ESA et dont je suis membre depuis le mois
d’avril 2012.
2. Galaxies massives et environnement
En collaboration avec le prof. Simona Mei, nous sommes entrain de construire un groupe de recherche centré
sur la thématique de l’évolution de galaxies massives dans différents environnements. L’évolution de ce type
de galaxies a attiré un fort interet de la communauté astrophysique ces dernières années. Malgré de
nombreux efforts, les mécanismes permettant l'assemblage des galaxies massives, en particulier des galaxies
passives, dans l’univers primordial restent peu contraints, et plus particulièrement le role de l’environnement
a été peu étudié. Dans ce cadre, nous menons plusieurs projets en parallèle que je décris par la suite.
2.1 ANR VIRAGE
Je suis membre de l'ANR blanche Virage (PI. S. Mei) dont l'objectif est l'exploitation de données profondes
du sondage NGVS (Next Generation Virgo Survey). Avec Simona Mei, nous sommes en charge du groupe de
travail visant à détecter et caractériser les amas de galaxies à grand redshift. Dans ce contexte, nous coencadrons
la thèse de Licitra Rossella, qui a débuté au sein de notre groupe en septembre 2011 et allons
bientot embaucher un post-doctorant pour contribuer à la construction du catalogue d’amas. J’ai également
contriubé au sein de la collaboration NGVS à la séparation automatique des galaxies de l’amas de la Vierge,
qui est difficile pour les objets faibles à partir de données purement photométriques. Ce sujet a été au centre
d’un stage de M1 réalisé par Cécile SUN que j’ai encadré pendant l’été 2011.
2.2 HCS
Dans le cadre, de l'étude de la formation des galaxies elliptiques, je suis membre de la collaboration
internationale HCS (HAWK-I Cluster Survey, PI. C. Lidman), qui est un relevé profond multi longueur
d'onde d'amas de galaxies massifs lointains. Je suis en charge, de l'étude de l'évolution de la relation massetaille
des galaxies dans ces amas. L'étude doit permettre d'établir des contraintes sur l'assemblage des
galaxies plus massives dans des environnement extrêmement denses. La thèse de Lauriane Delaye que
j'encadre depuis mars 2011, est précisément centrée sur cette problématique. Il s'agit de la suite naturelle de
la thèse d'Anand Raichoor, soutenue en 2009 qui a donné lieu à 2 publications (Raichoor et al. 2011a,b).
Dans ce contexte, j'ai également encadré un stage de M2 (Laurence Simon) qui a étudié en détail les
propriétés des paires de galaxies en fusion dans les amas.
2.3 COSMOS
Nous avons récemment commencé une collaboration au sein du projet COSMOS autour d’un échantillon de
groupes de galaxies détectées en rayons X (Georges et al. 2011) entre z=0.2 et z=0.5. Nous sommes en
charge dasns notre groupe de l’étude de la relation masse-taille des galaxies elliptiques dans ces structures.
Le résultat de cette étude a été soumis à la fin de l’année 2011 (Huertas-Company et al. 2012, MNRAS,
submitted).
L’arrivée récente d’un postdoc Marie Curie a significativement élargi nos compétences et nous sommes
maintenant capables de couvrir la chaine complète depuis l’acquisiton des données à l’interpération
théorique (c.f. projet de recherche).
3. Instrumentation
Faisant partie du GEPI, qui est un laboratoire à forte composante instrumentale, je suis impliqué dans
plusieurs projets intrumentaux en particulier pour le futur télescope européen géant.

Huertas-Company - CRCT 2012-2013
En 2010, nous avons obtenu un financement BQR de Paris 7 pour réaliser un prototype du mode haute
résolution de l'instrument OPTIMOS-EVE. La réalisation a été un succès et un article sera présenté à la
prochaine réunion SPIE en été 2012 (Guinouard et al. 2012). En 2011, en collaboration avec le LESIA, nous
avons également obtenu un financement BQR pour la construction d’une caméra infrarouge pour le
démonstrateur CANARY installé au télescope William Herschel aux Iles Canaries. La construction de celleci
est en cours en ce moment.
Nous avons également proposé un cas scientifique pour le spectrographe integral de champ HARMONI
sélectionné comme intrument de première lumière de l’ELT, visant à étudier l’assemblage de proto amas
dans l’Univers primordial (z>2). Le cas scientifique est en cours d’étude par l’équipe scientifique de
l’instrument.
Je suis également membre de l’équipe scientifique de WEAVE, un spectrographe multi-objet qui doit etre
installé dans le télescope William Herschel. En particulier, je fais partie du cas scientifique “amas de
galaxies” où nous avons proposé d’étudier la dynamique des amas proches en couvrant jusqu’aux galaxies
naines.
4. Enseignement et responsabilités administratives
Mise à part la décharche de la première année, j'ai effectué 192h statuaires d'enseignement pendant les
années suivantes.
J'effectue de l'enseignement de la licence jusqu'au Master. J'ai été, depuis mon arrivée, responsable de trois
UE en L3-SPI (Informatique), M1-PMA (Traitement Numérique des Images) et M2-OSAE (Analyse
Numérique).
Quant aux responsabilités administratives, je siège au Conseil des Enseignements depuis le mois de janvier
2012 et été nommé au GET en tant que représentant du Conseil des Enseignements.
En 2011, j’ai participé à un échange ERASMUS avec l’Unviersité de Madrid où je suis allé présenter les
activités d’enseignement du département de physique. J’ai également donné des séminaires sur nos
thématiques de recherche pour les doctorants du laboratoire.
Je suis également membre du jury pour l'attribution du poste MCF-Haute résolution angulaire (LESIA) qui
se réunit au printemps 2012.
Références.
- Guinouard et al. 2012, SPIE proceeding, Development of different kind of IFU prototypes for the
OPTIMOS-EVE study for the E-ELT
- Huertas-Company et a. 2008, A&A, 478, 971, A robust method to quantify morphologies of galaxies using
support vector machines on seeing limited images I. Method description
- Huertas-Company et al. 2011, A&A, 525, 157, Revisiting the Hubble sequence in the SDSS DR7
spectroscopic sample: a publicly available Bayesian automated classification
- Huertas-Company et al, 2008, A&A, 497, 743, A robust method to quantify morphologies of galaxies using
support vector machines on seeing limited images II. Morphological evolution from z~2 in the COSMOS
field from Ks-band imaging
- Raichoor et al. 2011, ApJ, 732, 12, Early-type Galaxies at z ~ 1.3. II. Masses and Ages of Early-type
Galaxies in Different Environments and Their Dependence on Stellar Population Model Assumptions
- Raichoor et al. 2011, ApJ in press, Early type galaxies at z~1.3. IV Scaling relations in different
environments
- Tasca et al. 2009, The zCOSMOS redshift survey: the role of environment and stellar mass in shaping the
rise of the morphology-density relation from z~1

Huertas-Company - CRCT 2012-2013
Lettre de motivation
Comme je l'ai exposé dans le bilan des mes activités, nous sommes un groupe jeune qui étudie l’évolution
conjointe des baryons et des halos de matière noire dans un contexte cosmologique. Depuis l'arrivée de F.
Shankar (postdoc marie curie) en 2011, nous possédons désormais une expertise très large allant de
l'observation et de l'instrumentation à l'interprétation théorique. L'émergence du groupe et sa visibilité
internationale, requiert un effort considérable de la part des deux membres permanents. C’est dans ce cadre
que je demande un congé de recherche et conversion thématique (CRCT) afin de concentrer mon activité sur
cette tache. Je souhaite donc accomplir le congé au GEPI (Galaxies, Etoiles , Physique et Instrumentation,
UMR 8111), mon laboratoire de rattachement actuel.
1. Contexte
Le modèle hiérarchique de formation de structures dans l'Univers, un des grands succès de la cosmologie
moderne, prédit que les petits halos de matière noire se forment d'abord et croissent par fusions successives,
créant ainsi des halos de plus en plus massifs. L'assemblage de ces halos est donc décrit par ce qu'on appelle
des arbres de fusions (“merger trees” en anglais). Quand et comment les baryons sont assemblés à l'intérieur
de ces halos est cependant un des problèmes majeurs de la cosmologie moderne. Cette problématique est au
centre des activités de notre groupe.
Du point de vue théorique nous avons accès à présent au sein de notre groupe et en collaboration avec le
LUTH (Laboratoire de l’Univers et des ses théories) à un catalogue significatif d'arbres de fusions de matière
noire. Un postdoc Marie Curie, F. Shankar, est en charge de peindre des galaxies à l'intérieur de ces halos via
la méthode “Halo Occupation Distribution” qui est entrain de devenir la méthode de référence pour ce type
de travail. Sans rentrer dans les détails techniques de la méthode, le résultat final de la modélisation doit etre
la prédiction d'un certain nombre d'observables sur la population de galaxies à différentes époques de
l'Univers.
Ceux-ci doivent évidemment être confrontés à des observations réelles. Il est nécessaire pour cela d'avoir un
échantillon de galaxies représentatif à différentes époques et habitant des halos de matière noire de masses
différentes.
Cela devient désormais possible avec l'émergence de nombreux sondages profonds et de techniques
sophistiquées pour déterminer le contenu en matière noire tel que le “weak lensing”, mais requiert un travail
significatif d'homogénéisation.
2. GReCo: Galaxy scaling RElations across COsmic time
Pendant mon année en délégation, je propose donc de construire un échantillon de galaxies couvrant les 7
dernières milliards d’années de l’univers et habitant dans des halos de matière noire de masse différente.
L’échantillon ainsi construit serait donc directement comparable aux prédictions des modèles. Pour cela,
nous envisageons d'utiliser une combinaison de données publiques et de données propres à notre groupe afin
de construire un échantillon le plus homogène possible. Pour que les données puissent être inclues dans notre
sélection finale, nous exigeons qu'il y ait une estimation robuste de la masse de halo (weak-lensing ou X), de
l'imagerie à haute résolution spatiale afin de pouvoir estimer proprement la structure galactique ainsi que des
données multi longueur d'onde pour déterminer précisément la distance ou redshift photométrique ainsi que
d’autres grandeurs physiques.
Tenant compte de ces contraintes, l'échantillon sera construit de la façon suivante, à partir de sondages
profonds déjà existants.
- les galaxies de champ jusqu’à z~1 seront extraites principalement du sondage profond COSMOS, qui est la
plus grande aire du ciel observée avec le télescope spatial Hubble. En plus de cela, il existe une multitude de
données à différentes longueurs d'onde ce qui permet une estimation robuste des propriétés des galaxies. J'ai
déjà travaillé au sein de cette collaboration et je connais parfaitement toutes les données disponibles. Le
relevé CANDELS également avec HST et dans l’infrarouge permettra également de fournir des galaxies de
champ pour z>1.

Huertas-Company - CRCT 2012-2013
- pour les galaxies habitant dans des masses de halos intermédiaires (groupes) nous utiliserons un échantillon
de groupes détectés en rayons X dans le champ COSMOS également entre z=0.2 et z=1 (Georges et al. 2011)
et dont je suis membre de la collaboration (Huertas-Company et al. 2012, MNRAS, submitted). A plus bas
redshift, le catalogue publique de Yang et al. (2004) dans le Sloan Digital Sky Survey sera employé.
- les galaxies dans les halos massifs ou amas seront extraites de plusieurs sondages à différents redshifts.
Dans l'Univers local, nous utiliserons une combinaison de données issues du sondage WINGS (rendu public)
et bien entendu SDSS (maxBCG). A redshift intermédiaire, le relevé CLASH, sera sans doute notre source
principale de données. On pourrai inclure également d'autre amas de galaxies bien connus à ces memes
redshifts. Finalement, pour les amas les plus lointains nous utiliserons les données issues du programme
HCS, dont je suis collaborateur (Delaye et al. 2012, in prep).
Une fois l'éhantillon construit, nous appliquerons de forme homogène à toutes les données les mémes
algorithmes, bien connus, et développés en partie chez nous, pour déterminer une série d'observables
directement comparables au modèles: morphologies (dont je suis spécialiste), masse stellaire, tailles, histoire
de formation stellaire, ages. Nous aurons ainsi un échantillon complet de galaxies et leur halos dans les 7
derniers milliards d'années de l'Univers.
La comparaison de l'échantillon ainsi construit avec les prédictions des modèles HOD exposés
précédemment doit permettre d'établir de contraintes solides sur les mécanismes permettant l'assemblage des
baryons dans les halos de matière noire.
Je tiens à préciser que le programme proposé est certainement compétitif dans le contexte international et
l'originalité et la force de celui-ci réside dans l'homogénéite d’une part et le contrôle total de tout le
processus depuis la sélection de l'échantillon, l'exploitation, l'analyse ainsi que les modèles, au sein de notre
groupe qui possède l'expertise nécessaire.
L'échelle de temps pour réaliser ou en tout cas amorcer ce travail est cependant réduite à cause de la
concurrence d'autres groupes évidemment mais aussi à cause de l’incertitude sur le fait que la force de travail
dont nous disposons actuellement soit conservée.
Une décharge d'enseignement de six mois minimum serait donc extrêmement bénéfique pour l'ensemble du
groupe.
3. Autres projets annexes
Dans le cadre du projet exposé ci-dessous, j’ai l’intention de proposer une ANR jeune chercheur afin de
préserver une force de travail minimale pour assurer la survie de notre groupe. Etant ma première grande
demande de financement, la préparation de celle-ci recquiert un effort et un temps considérables, difficiles de
trouver avec une charge d’enseignement complète. Une décharge éventuelle me permettrait de consacrer le
temps nécessaire à l’élaboration de la demande.
J’aimerais également préciser que, en 2013, Lauriane Delaye, une étudiante que j’encadre, doit soutenir sa
thèse. Avec une charge d’enseignement réduite, je pourrais la suivre de plus près dans sa dernière année et
assurer le succès de sa thèse.

DEMANDE D'UN CONGÉ POUR RECHERCHES OU CONVERSIONS THÉMATIQUES
AU TITRE DE L’ETABLISSEMENT
ANNÉE 2012 – 2013
---------------------------------------------
(DEMANDE A REMPLIR PAR L’ENSEIGNANT-CHERCHEUR, EN DOUBLE EXEMPLAIRE)
Établissement d’affectation :UNIVERSITE PARIS-DIDEROT –PARIS 7
Composante :UFR de Physique
NOM patronymique : ……MORA………………………. Nom marital : …………………………………....
Prénoms : ……Christophe………………………… Date de naissance : ….24./06./1977….
Corps : Maître de Conférence Grade : Classe Normale Emploi occupé n° : 2800 MCF 0261 Section du CNU : 28
J’ai l’honneur de demander un congé pour :
□ Recherches □ Conversions thématiques □ Recherches et conversions thématiques
Au titre de la section du Conseil national des universités n°…28 - Milieux denses et matériaux (2)
Intitulé (2)
□ D’une durée d’un semestre (1) ou □ d’une année (1)
Par période de six ans passée en position d’activité ou de détachement.
□ Responsabilités collectives ou □ Enseignements nouveaux ou pratiques pédagogiques innovantes
ou □ d’une durée d’un semestre, suite à congé de maternité (1) ou congé parental (1)
Congé obtenu du : …..…/……./………….. au …..…/……./……...... (3)
Indiquez la date de début du congé : 01/07./2012., au titre du projet présenté ci-joint.
CRCT déjà obtenu (s) : …………………………………… Dates : …………………………………………..
A …………PARIS………………………le 1 Mai 2012
Signature de l’enseignant –
chercheur
Visa du directeur d’UFR
(1) Cocher la rubrique concernée.
(2) Préciser le numéro et l’intitulé. La demande doit correspondre à la section à laquelle l’enseignant-chercheur
appartient ainsi que le projet qui s’y rapporte, cependant la section peut-être différente de sa section de
rattachement.
(3) Le justificatif du congé signé par l’administration doit accompagner la demande.
AVIS DU CHEF D’ÉTABLISSEMENT Date et signature

Table des matières
1 Lettre de motivation et projets scientifiques 2
2 curiculum vitae 5
3 Bref compte-rendu des activités de recherche 8
4 Liste de publications (incluant les conférences) 11
1

1
Lettre de motivation et projets scientifiques
Motivation de ma demande de CRCT
Je souhaite obtenir un congé pour recherche ou conversion thématique (CRCT) afin
de développer ma recherche sur le transport cohérent radiofréquence et l’effet Kondo dans
le domaine de la physique mésoscopique. Je souhaite que ce congé se déroule au sein du
Laboratoire affilié à l’université Paris 7 :
Laboratoire Pierre Aigrain - UMR 8551
24, rue Lhomond - Paris
À l’origine non spécialiste du domaine de la physique mésoscopique, j’ai commencé à travailler
dessus en arrivant au Laboratoire Pierre Aigrain (LPA). Mes nombreux échanges
avec les expérimentateurs du groupe de physique mésoscopique du LPA m’ont permis de
développer une culture dans ce domaine. J’ai ainsi pu constater la difficulté et la diversité
du sujet. Son étude requiert à la fois de bien connaître les contraintes et les problématiques
expérimentales mais aussi d’investir dans la maîtrise de formalismes mathématiquement
complexes (Ansatz de Bethe, théories conformes, renormalisation, ...). Je souhaiterais donc
pouvoirdégagerdutempsl’annéeprochainepourdéveloppermesrecherchesplusenprofondeur,poursuivremeséchangesetcollaborationsaveclesgroupesexpérimentauxdephysique
mésoscopique du laboratoire tout en développant des méthodes théoriques originales.
Deux sujets sont en pleine effervescence actuellement et vont accaparer mon attention.
L’effet Kondo connaît une seconde jeunesse grâce aux expériences dans les nanotubes
et les boîtes quantiques. Celles-ci permettent par exemple de sonder les propriétés horséquilibre
du modèle, ce qui n’était pas possible dans les métaux, et d’étudier la réponse d’un
spin unique. Plus généralement, l’effet Kondo fait intervenir corrélations électroniques et
cohérence quantique dans un modèle minimal dont la compréhension structure notre vision
des petites dimensions. Le second sujet qui se développe est celui de la réponse dynamique
des conducteurs nanoscopiques comme le circuit RC quantique. La possibilité d’insérer ces
conducteurs dans des cavités micro-ondes supraconductrices permet de renforcer le couplage
entre les électrons et les photons ouvrant la voie à de nombreuses applications, la
première étant la mesure de l’admittance du système électronique à partir des photons.
Projets de recherche
Effet Kondo et supraconductivité
Uneboîtequantiquenanoscopiquepeutêtreconnectéeàdeuxélectrodesmacroscopiquessupraconductrices
formant l’équivalent d’une jonction Josephson. Les propriétés de transport
decedispositifhybridedépendentalorsdescaractéristiquesdelaboîteetleblocagedeCoulomb
entre en compétition avec le passage tunnel des électrons entre les deux électrodes [1].
Lorsque le couplage aux électrodes est intermédiaire, c’est-à-dire bon mais sans affecter la
quantification de la charge due aux interactions, la présence d’un nombre impair d’électron
dans la boîte conduit à un régime intéressant où la formation d’un état résonant Kondo fortementcorrélépeutêtredétruitparl’appariementBCSdesélectrodes[2,3,4].Larésonance
Kondo implique en effet l’écrantage du spin isolé de la boîte quantique par un électron de
conduction qui ne peut provenir que de la brisure d’une paire de Cooper dans les condensats
BCS des électrodes. On obtient ainsi en fonction du rapport ∆/TK une transition de phase
quantique entre un état Kondo lorsque TK domine vers un spin isolé non-écranté lorsque
∆ domine. Nous souhaitons étudier de façon systématique le régime Kondo ∆/TK ≪ 1 à
l’aide de l’approche de liquide de Fermi [5, 6]. Nous chercherons en particulier à déterminer
2

la position et l’évolution avec ∆/TK des états d’Andreev qui sont des états localisés apparaissant
sous le gap et caractérisant l’état du système hybride [7]. En plus de porter le
courant Josephson non-dissipatif, ces états ont récemment été directement observés [8, 9]
à l’aide d’un troisième contact non invasif.
Circuit RC quantique
Que l’on considère le modèle de Matveev-Glazman ou bien le modèle d’Anderson, les
différents résultats que nous avons obtenus sur le circuit RC quantique sont toujours basés
sur le fait que le point fixe de basse énergie du modèle est un liquide de Fermi. Nous souhaitons
donc nous intéresser au cas non-liquide de Fermi qui émerge par exemple dans le
modèle de Matveev-Glazman dès lors que l’on considère deux canaux de conduction et que
l’on s’approche de la dégénérescence de charge [10]. Précisons que le point fixe non-liquide
de Fermi est en général peu robuste, se déstabilisant aisément vers un point fixe liquide
de Fermi, et nécessite donc un ajustement précis des paramètres du modèle. Néanmoins,
même dans une situation où le point fixe de basse énergie est un liquide de Fermi, on peut
retrouver à énergie intermédiaire la signature d’une physique non-liquide de Fermi. À proxi-
mité du point fixe non-liquide de Fermi, ce crossover entre liquide de Fermi et non-liquide
de Fermi peut par ailleurs être décrit analytiquement [11].
Un des résultats de notre dernier travail sur le circuit RC quantique est que la dissipation
peut être reliée à la distribution des états de basse énergie du modèle. Il est donc
possible de considérer le cas d’une boîte quantique désordonnée dont la distribution des
niveaux d’énergie est donnée par la théorie des matrices aléatoires [12] (ou du modèle sigma
non-linéaire supersymétrique d’Efetov). On doit ainsi pouvoir calculer le crossover entre les
résistances universelles Rq = h/2e 2 et Rq = h/e 2 en fonction du rapport ∆/Ec où ∆ est ici
l’écart moyen entre niveaux et Ec l’énergie de charge de la boîte. Ce crossover va dépendre
notamment du champ magnétique qui fait transiter le système entre les ensembles orthogonal
et unitaire (GOE et GUE). Une question reliée que nous souhaitons aussi aborder
est l’effet du déphasage des électrons et de la température sur nos résultats. On sait que la
prédiction de Büttiker sur la résistance quantique Rq = h/2e 2 est très sensible aux effets
de déphasage [13]. Qu’en est-il dans le cas d’une grande boîte ou d’une petite boîte où le
blocage de Coulomb est important?
Boîtes quantiques en cavité
Les expériences très récentes [14, 15], démontrant la possibilité de coupler une boîte quantique
à un guide d’onde coplanaire résonant offrent des perspectives de recherche passionnantes.
Tout d’abord ces expériences proposent une méthode alternative pour mesurer l’admittance
d’une boîte quantique, et donc en particulier sa capacité quantique et sa résistance
de relaxation de charge. Une de ces expériences [14] se couple en fait à une double boîte.
Nous pourrions donc, poursuivant notre travail avec A. Cottet et T. Kontos [16], étudier
la résistance de relaxation de charge d’une double boîte. L’intérêt du couplage à un guide
d’onde coplanaire [17] dont le facteur de qualité est élevé 1 est que les photons, en réalisant
un grand nombre d’aller-retour dans la cavité, amplifient leur couplage aux électrons. Ce
couplage devient largement supérieur à ce qu’il est dans le vide au détriment néanmoins de
la bande passante. On s’attend donc à ce que le transport électronique soit d’autant plus
sensible aux effets de blocage de Coulomb dynamique [18] centrés sur la fréquence propre
du guide d’onde. Il serait ainsi intéressant d’étudier cet effet tout d’abord pour un niveau
résonant, puis pour l’effet Kondo. Si le transport électronique est affecté par la dynamique
des photons dans la cavité, on peut aussi renverser la perspective et étudier le problème
du point de vue des photons. L’excitation des électrons par le passage des photons peut
ainsi induire des non-linéarités qui reflètent indirectement l’état électronique du système.
1. on atteint aujourd’hui dans les meilleurs échantillons des facteurs de qualité de l’ordre du million.
3

On peut par exemple se poser la question de comment un état corrélé électronique, comme
l’écrantage Kondo, influerait sur le passage des photons dans la cavité.
Références
[1] S. de Franceschi, L. Kouwenhoven, C. Schönenberger & W. Wernsdorfer,
Hybrid superconductor-quantum dot devices, Nature Nanotech. 5, 703 (2010).
[2] M. R. Buitelaar, T. Nussbaumer & C. Schönenberger, Quantum Dot in the
Kondo Regime Coupled to Superconductors, Phys. Rev. Lett. 89, 256801 (2002).
[3] C. Buizert, A. Oiwa, K. Shibata, K. Hirakawa & S. Tarucha,Kondo Universal
Scaling for a Quantum Dot Coupled to Superconducting Leads, Phys. Rev. Lett. 99,
136806 (2007).
[4] A. Eichler, R. Deblock, M. Weiss, C. Karrasch, V. Meden, C. Schönenberger
& H. Bouchiat, Tuning the Josephson current in carbon nanotubes with the
Kondo effect, Phys. Rev. B 79, 161407 (2009).
[5] C. Mora, Fermi-liquid theory for SU(N) Kondo model, Phys. Rev. B 80 (12), 125304
(2009).
[6] F. Lesage & H. Saleur, Strong-Coupling Resistivity in the Kondo Model, Phys.
Rev. Lett. 82 (22), 4540 (1999).
[7] E. Vecino, A. Martin-Rodero & A. L. Yeyati, Josephson current through a
correlated quantum level : Andreev states and π junction behavior, Phys. Rev. B 68,
035105 (2003).
[8] R. S. Deacon, Y. Tanaka, A. Oiwa, R. Sakano, K. Yoshida, K. Shibata,
K. Hirakawa & S. Tarucha, Tunneling Spectroscopy of Andreev Energy Levels in
a Quantum Dot Coupled to a Superconductor, Phys. Rev. Lett. 104, 076805 (2010).
[9] J. D. Pillet, C. H. L. Quay, P. Morfin, C. Bena, A. L. Yeyati & P. Joyez,
Andreev bound states in supercurrent-carrying carbon nanotubes revealed, Nature Physics
6 (12), 965 (2010).
[10] K. A. Matveev, Coulomb blockade at almost perfect transmission, Phys. Rev. B
51 (3), 1743 (1995).
[11] E. Sela, A. K. Mitchell & L. Fritz, Exact Crossover Green Function in the
Two-Channel and Two-Impurity Kondo Models, Phys. Rev. Lett. 106 (14), 147202
(2011).
[12] I. L. Aleiner & L. I. Glazman, Mesoscopic charge quantization, Phys. Rev. B 57,
9608 (1998).
[13] S. E. Nigg & M. Büttiker, Quantum to classical transition of the charge relaxation
resistance of a mesoscopic capacitor, Phys. Rev. B 77, 085312 (2008).
[14] T. Frey, P. J. Leek, M. Beck, A. Blais, T. Ihn, K. Ensslin & A. Wallraff,
Dipole coupling of a double quantum dot to a microwave resonator, arXiv :1108.5378
(2011).
[15] M. R. Delbecq, V. Schmitt, F. D. Parmentier, N. Roch, J. J. Viennot,
G. Fève, B. Huard, C. Mora, A. Cottet & T. Kontos, Coupling a quantum
dot, fermionic leads and a microwave cavity on-chip, arXiv :1108.4371 (2011).
[16] A. Cottet, C. Mora & T. Kontos, Mesoscopic admittance of a double quantum
dot, Phys. Rev. B 83 (12), 121311 (2011).
[17] R. J. Schoelkopf & S. M. Girvin, Wiring up quantum systems, Nature
451 (7179), 664 (2008).
[18] A. L. Yeyati, A. Martin-Rodero, D. Esteve & C. Urbina, Direct Link between
Coulomb Blockade and Shot Noise in a Quantum-Coherent Structure, Phys. Rev. Lett.
87, 046802 (2001).
4

2
Christophe Mora
Né le 24 juin 1977
Nationalité : Française
Marié, 2 enfants.
Grade et N d’emploi : Maître de conférence - Classe normale - 2800 MCF 0261
Établissement d’affectation : Université Paris 7
Section CNU : 28
Laboratoire Pierre Aigrain
Département de Physique - Ecole Normale Supérieure
24, rue Lhomond
75230 Paris Cedex 05
Tél : +33 (0) 1 44 32 25 53 Fax : +33 (0)1 44 32 38 40
Courrier électronique : mora@lpa.ens.fr
Page personnelle : http ://www.phys.ens.fr/∼mora/
Formation universitaire
2012 : Habilitation à diriger des recherches, Université Paris Diderot 7,
Systèmes quantiques en interaction : physique mésoscopique et atomes froids.
2000-2003 : Thèse de l’université Paris VI,
Gaz de fermions et de bosons condensés : phases de Fulde-Ferrell-Larkin-Ovchinnikov
et quasicondensats, Directeurs : Roland Combescot et Yvan Castin.
1997-2000 : DEA de Physique Quantique,
Diplôme du magistère interuniversitaire de physique de l’ENS (MIP), Licence et
Maîtrise de physique à l’université Paris VI.
Fonctions occupées
depuis septembre 2006 : Maître de conférence à l’université Denis Diderot (Paris
VII). Affecté au Laboratoire Pierre Aigrain (LPA) à l’ École Normale Supérieure de
Paris.
janvier 2004 - août 2006 : Post-doc à l’université Heinrich Heine de Düsseldorf.
septembre 2001 - décembre 2003 : Allocataire de recherche à l’université Paris
VI et moniteur à l’ École Normale Supérieure.
1997-2001 : Élève ENS Paris.
Thématiques de recherche
• Physique mésoscopique et fortes corrélations, impuretés quantiques et effet Kondo,
supraconductivité, dynamique et transport hors-équilibre dans les boîtes quantiques.
• Transport électronique 1D, désordre et liquide de Luttinger.
5

• Atomes ultra-froids : gaz fermioniques déséquilibrés, gaz de Bose en interaction,
effet Efimov et physique à trois ou quatre corps, confinement et basses dimensions,
interactions dipolaires.
Vie scientifique
•RapporteurdelathèsedeRaphaelvanRoemund,Theoretical study of non-equilibrium
transport in Kondo quantum dots (Grenoble, octobre 2010) effectuée sous la direction
de M. Lavagna.
• Membre du groupe d’experts thématiques (GET) Dispositifs quantiques de l’UFR
de physique de Paris VII chargé de former les comités de sélection ainsi que de réaliser
des expertises scientifiques à la demande du conseil d’UFR ou du conseil scientifique.
• Participations à deux comités de sélection pour des postes de Maître de Conférence,
un pour l’UPMC (Paris 6) en 2011, l’autre pour l’université Paris 7 en 2010.
• Organisation du minicolloque Etats confinés dans des nanoconducteurs pour les 12 e
Journées de la Matière Condensée (JMC 12, Troyes août 2010).
• Referee régulier pour les journaux Physical Review Letters, Physical Review A,
Physical Review B et The European Physical Journal B.
Publications scientifiques
• 31 publications dans des revues à comité de lecture dont 2 Nature Physics, 10
Phys. Rev. Lett., 2 Europhys. Lett., 1 Rep. Progr. Phys., 8 Phys. Rev. B,
3 Phys. Rev. A, 2 C. R. Physique, 1 New J. Phys., 2 Eur. Phys. J. B.
• 9 conférences invitées et 3 contributions orales à des conférences.
Activités d’enseignement
• 2011-2012 : Maître de conférence à Paris VII.
1. Cours de Mathématique en L1 SNV, 28 heures. TD de Mathématique en L1
SNV, 32 heures.
2. Cours et TD Théorie de la matière condensée, M2 Concepts Fondamentaux de
la Physique (CFP), 25 heures.
3. CoursTD Fermions et bosons fortement corrélés, M2 Concepts Fondamentaux
de la Physique (CFP), 15 heures.
4. TD en Physique Statistique, L3 (FIP), 44 heures.
5. TP d’électronique L3 (EIDD),24 heures.
• 2010-2011 : Maître de conférence à Paris VII.
1. Cours de Mathématique en L1 SNV, 28 heures. TD de Mathématique en L1
SNV, 32 heures.
2. Cours et TD en Matière Condensée, M2 de Physique Quantique, 21 heures.
3. TD en Physique Statistique, L3 (FIP), 44 heures.
4. Cours Statistiques quantiques, M2 de Physique de la matière condensée, 21
heures.
• 2009-2010 : Maître de conférence à Paris VII, congé de paternité.
6

1. Cours de Mathématique en L1 SNV, 24 heures.
2. Cours et TD en Matière Condensée, M2 de Physique Quantique, 21 heures.
3. Cours Statistiques quantiques, M2 de Physique de la matière condensée, 21
heures.
• 2008-2009 : Maître de conférence à Paris VII.
1. TD d’ Électronique analogique en L3 SPI, 16 heures.
2. TP d’ Électronique analogique en L3 SPI, 40 heures.
3. TP d’Optique en L3 Pro Analyse des matériaux, 8 heures.
4. TDenPhysiquestatistiqueettransitiondephases,M2dePhysiquedelamatière
condensée, 40 heures.
5. TDenFluxdeparticulesindiscernables,M2dePhysiquedelamatièrecondensée,
24 heures.
6. Cours et TD en Matière Condensée, M2 de Physique Quantique, 21 heures.
7. TD en Mathématiques pour Physiciens, L3 (FIP), 44 heures.
• 2007-2008 : Maître de conférence à Paris VII.
1. TD d’ Électronique analogique en L3 SPI, 16.5 heures.
2. TP d’ Électronique analogique en L3 SPI, 30 heures.
3. TP d’Optique en L3 Pro Analyse des matériaux, 12 heures.
4. TDenPhysiquestatistiqueettransitiondephases,M2dePhysiquedelamatière
condensée, 40 heures.
5. TDenFluxdeparticulesindiscernables,M2dePhysiquedelamatièrecondensée,
24 heures.
6. TD en Mathématiques pour Physiciens, L3 (FIP), 44 heures.
• 2006-2007 : Maître de conférence à Paris VII, congé de paternité.
1. TP d’ Électronique analogique en L3 SPI, 30 heures.
2. TP d’Optique en L3 Pro Analyse des matériaux, 12 heures.
3. Colles en Électrostatique, 12 heures.
4. TDenPhysiquestatistiqueettransitiondephases,M2dePhysiquedelamatière
condensée, 40 heures.
5. TDenFluxdeparticulesindiscernables,M2dePhysiquedelamatièrecondensée,
24 heures.
• 2001-2004 : Moniteur à l’ École Normale Supérieure (Paris).
1. TDdelicenceenphysiquestatistique(MagistèreInteruniversitairedePhysique),
32 heures/an.
2. TD de soutien, physique statistique (Magistère Interuniversitaire de Physique),
10 heures/an.
3. Préparation et correction d’un problème de physique (1/an) pour la préparation
AGREG de l’ENS Ulm.
Encadrement d’étudiants
• Stage de Licence L3 de l’ENS Lyon (théorique). Clément Galloy, Problème à trois
corps, mai-juin 2008.
• Stage de Master 2 (Physique Quantique). Michele Filippone, Circuit RC quantique
et effet Kondo, janvier-avril 2010.
• Depuis Septembre 2010 : direction de la thèse de Michele Filippone.
7

3
Résumé des travaux antérieurs (2007-2011)
Au cours de mes activités de recherche j’ai cherché à diversifier mes centres d’intérêt,
travaillant dans différents contextes et sur différents sujets, à la fois en matière condensée
(transport cohérent à haute fréquence, effet Kondo, nanotubes de carbone, liquide de Luttinger,
supraconductivité, systèmes désordonnés) et dans le domaine des atomes froids
(condensation de Bose-Einstein, systèmes de basse dimension, collisions ultra-froides).
( N.B. : les [ ] renvoient à ma liste de publication.)
Fusion quantique d’un cristal de bosons dipolaires, LPA et Paris 7 [17, 18].
Ce projet est le fruit d’une collaboration avec X. Waintal (SPEC, Saclay) et O. Parcollet
(IPHT, Saclay) debuté lors d’un séjour à Saclay en fin de post-doc. Nous avons étudié le
comportement d’un gaz dipolaire homogène bosonique à deux dimensions lorsqu’on fait
varier la densité (ou, de façon équivalente, la force des interactions dipolaires électriques).
De telles expériences sont à l’ordre du jour dans le domaine des atomes froids où l’on
commence à réaliser des gaz ultrafroids de molécules hétéronucléaires possédant un fort
moment dipolaire électrique. En s’appuyant sur une méthode Monte-Carlo (GFMC pour
Green’sfunctionMonte-Carlo)etdescalculsperturbatifsàhautedensité,nousavonsmisen
évidence l’existence d’une transition du premier ordre entre un réseau cristallin triangulaire
à forte densité et un condensat de Bose-Einstein superfluide à plus basse densité.
Au cours de ce travail, nous avons réalisé que le recouvrement entre la fonction d’onde
variationnelle, qui guide le calcul Monte-Carlo, et la fonction d’onde du fondamental peut
être calculé directement à partir de l’énergie du système en fonction du temps imaginaire.
Nousavonsétésurprisdeconstaterquecetterelationn’avaitjamaisétéréaliséeauparavant.
Problème à quelques corps et états d’Efimov, LPA et Paris 7 [6, 5, 7, 15].
Le problème à quelques corps est d’une importance fondamentale pour la physique
des atomes froids. Son étude permet la dérivation d’hamiltoniens effectifs de basse énergie
dans lesquels les détails des potentiels atomiques ont disparu. Il intervient aussi dans la
détermination des processus de pertes atomiques par recombinaison et impose ainsi une
limite au temps de vie des gaz piégés. Le travail que j’ai effectué sur le problème à quelques
corps s’est concentré sur la physique des états d’Efimov, des états liés trimères qui apparaissent
dans les modèles de portée nulle à résonance. Ces états liés d’Efimov ont été
mesurés dans de très nombreuses expériences ces dernières années.
Sur l’effondrement de Thomas dans le problème à trois corps bosonique et l’émergence
des états d’Efimov, nous (avec R. Egger et A.O. Gogolin) avons mis au point une approche
simple qui rend compte de ces états en mappant le problème à trois corps sur une équation
de Schrödinger 1D. Notre approche permet ainsi d’obtenir des résultats analytiques dans le
cas d’un résonance de Feshbach étroite. En collaboration avec L. Pricoupenko et Y. Castin,
jemesuisintéresséauproblèmeàquatrecorpsfermioniquesavectroisfermionslourdsetun
autre plus léger. Dans unecertaine fenêtre derapportsde masse quenous avons déterminée,
nous avons montré l’émergence d’une série géométrique d’états liés efimoviens lorsque les
interactionssontrésonantes.Defaçonplusgénérale,nousavonsproposél’existencedeséries
d’états liés efimoviens à N corps en précisant les conditions de leur apparition.
Effet Kondo dans les nanotubes de carbone, LPA et Paris 7 [14, 10, 11, 16].
8

CetravailadébutéàmonarrivéeauLaboratoirePierreAigrainets’inscritdanslecadre
de discussions et de collaborations très fructueuses avec le groupe expérimental de physique
mésoscopique. Motivé par les expériences de mesure de bruit dans les nanotubes de carbone
réalisées au laboratoire, nous avons étudié (avec X. Leyronas et N. Regnault) le transport
(courant et bruit en courant) dans un nanotube de carbone en présence de l’effet Kondo.
Dans ces expériences, le nanotube de carbone joue le rôle d’une boîte quantique dont le
spin se couple aux électrons de conduction des électrodes métalliques. Ceci donne lieu à un
écrantage Kondo de ce spin à basse énergie (température). Une particularité des nanotubes
de carbone est l’existence d’une dégénérescence orbitale supplémentaire pouvant conduire
à une symétrie étendue SU(4) incluant spin et degré de liberté orbital. Notre travail a ainsi
considéré le cas général d’une symétrie SU(N) avec une attention particulière pour les cas
N = 2 et N = 4.
Poursuivant cette étude, j’ai participé au travail d’analyse et d’interprétation des mesures
expérimentales obtenues au laboratoire. Nous avons ainsi observé que les nanotubes
de carbone donnent, en présence d’une résonance Kondo, un bruit supérieur au bruit attendu
pour un transport cohérent sans interaction ou pour un effet Kondo à symétrie
SU(2). Nous avons interprété cette observation par la présence de la dégénérescence orbitale
supplémentaire.
Reprenantuntravailpurementthéorique,j’aidéveloppéunecollaborationavecA.Clerk
et K. Le Hur afin de calculer le bruit en courant dans des nanotubes de carbone. Nous nous
sommes appuyés sur une théorie de liquide de Fermi adaptée à la symétrie SU(N) que j’ai
développée. Nos prédictions sur le bruit incluent l’existence de charges universelles à basse
énergie qui caractérisent le transport électronique.
Gaz de fermions déséquilibrés LPA et Paris 7 [8, 9, 12].
Cetravailestmotivépardesexpériencessurdesgazfermioniquesdéséquilibrésconduites
au département de physique (au LKB) dans le groupe de C. Salomon et F. Chevy. L’énergie
du polaron - un fermion de l’espèce minoritaire habillée par la mer de Fermi de l’espèce
majoritaire - détermine le lieu de la transition entre un gaz partiellement polarisé et un
gaz complètement polarisé, et est donc pertinent pour comprendre la forme des profils de
densitéobservésexpérimentalement.Nousavonstoutd’abordétudiélecasoùlefermionminoritaire
s’apparie préférentiellement avec un fermion majoritaire pour former une molécule
bosonique composite dans la mer de Fermi majoritaire. Nous avons déterminé perturbativement
l’énergie de cet état moléculaire habillé en interaction faible, illustrant au passage
son aspect composite, puis une approche variationnelle nous a donné une estimation précise
de son énergie jusque dans le régime d’interaction forte.
Reprenant le cas d’une interaction attractive à longue distance (a < 0) où le fermion
minoritaire n’a pas de partenaire privilégié et forme un polaron avec la mer de Fermi
majoritaire, nous avons dérivé une équation d’état pour le gaz de fermions partiellement
polarisé en très bon accord avec les résultats expérimentaux. Pour cela, nous avons calculé
de façon exacte le terme dominant les interactions entre polarons à forte polarisation.
Circuit RC quantique LPA et Paris 7 [1, 2, 3, 4].
La seconde expérience conduite au LPA à laquelle je me suis intéressé est celle de la
capacité quantique. Une boîte quantique reliée à un canal unidimensionnel chiral (état de
bord d’un effet Hall quantique entier) et contrôlée par une grille métallique de dessus réalise
l’équivalent quantique d’un circuit RC classique en série. La partie capacitive est formée
par le couple grille métallique-boîte quantique qui réalise l’équivalent des deux armatures
d’un condensateur, la partie résistive vient d’un point de contact quantique qui sépare la
boîte quantique du canal de bord unidimensionnel jouant le rôle de réservoir.
Cette expérience intègre de façon paradigmique des effets de cohérence quantique, don-
9

nant un transport fortement non-local, et des interactions Coulombiennes exarcerbées par
la taille microscopique de la boîte quantique. C’est donc un système modèle idéal qui permet
d’appréhender la physique du transport cohérent dans un régime de hautes fréquences
(de l’ordre du GHz). Avec K. Le Hur, nous avons étudié le régime linéaire en présence
d’une excitation AC et montré l’existence, dans le régime quantique (basse température),
de deux résistances universelles et quantifiées (ne dépendant pas, par exemple, de la transmission
du point de contact quantique) pour une petite et une grande boîte. La première
de ces résistances avait auparavant été mesurée pour la première fois au LPA. L’existence
de ces résistances AC universelles contrastent avec les prédictions DC du formalisme de
Landauer-Büttiker qui dépendent explicitement des couplages entre les électrodes et la
boîte quantique.
Poursuivant ce travail avec M. Filippone, qui a démarré sa thèse sous ma direction en
septembre 2010, nous avons considéré le cas d’un réservoir non-polarisé en spin et d’une très
petite boîte, auquel cas le système se décrit à partir du modèle d’Anderson décrivant une
impureté (un niveau d’énergie) dans une matrice métallique. Nous avons dérivé l’existence
d’un pic géant dans la résistance du circuit RC quantique en fonction du champ magnétique
extérieur. Le pic apparaît lorsque l’énergie Zeeman égale l’énergie Kondo ce qui semble
suggérer un effet de fortes corrélations. Néanmoins, nous avons pu dériver l’émergence
de ce pic à l’aide d’une approche de liquide de Fermi très semblable à une théorie sans
interaction. En particulier, nous avons montré que la hauteur du pic augmente rapidement
avec la force de la répulsion coulombienne dans la boîte et que ce pic disparaît lorsque le
modèle présente une symétrie particule-trou.
10

4
Liste des publications de Christophe Mora (2007-2011)
Références
Liste de publications dans des revues à comité de lecture
[1] Coupling a quantum dot, fermionic leads and a microwave cavity on-chip , M.R. Delbecq,
V. Schmitt, F.D. Parmentier, N. Roch, J.J. Viennot, G. Fève, B. Huard, C. Mora,
A. Cottet, T. Kontos, Phys. Rev. Lett. 107, 256804 (2011)
[2] Giant Charge Relaxation Resistance in the Anderson Model , Michele Filippone, Karyn
Le Hur, Christophe Mora, Phys. Rev. Lett. 107, 176601 (2011)
[3] Mesoscopic admittance of a double quantum dot , Audrey Cottet, Christophe Mora,
Takis Kontos, Phys. Rev. B 83, 121311(R) (2011)
[4] Universal Resistances of the Quantum RC circuit, Christophe Mora, Karyn Le Hur,
Nature Physics 6, 697 (2010)
[5] Integral equations for the four-body problem, Christophe Mora, Yvan Castin, Ludovic
Pricoupenko, C. R. Physique 12, 71 (2011)
[6] Four-body Efimov effect, Yvan Castin, Christophe Mora, Ludovic Pricoupenko, Phys.
Rev. Lett. 105, 223201 (2010)
[7] Exact solution of the three-boson problem at vanishing energy,ChristopheMora,Alexander
O. Gogolin, Reinhold Egger, C. R. Physique 12, 27-38 (2011)
[8] The normal phase of an imbalanced Fermi gas, Christophe Mora, Frederic Chevy, Phys.
Rev. Lett. 104, 230402 (2010)
[9] Ultra-cold Polarized Fermi Gases, Frederic Chevy, Christophe Mora, Rep. Prog. Phys.
73, 112401 (2010)
[10] Theory of nonequilibrium transport in the SU(N) Kondo regime, Christophe Mora,
Pavel Vitushinsky, Xavier Leyronas, Aashish A. Clerk, Karyn Le Hur, Phys. Rev. B 80,
155322 (2009)
[11] Fermi-liquid theory for SU(N) Kondo model, Christophe Mora, Phys. Rev. B 80,
125304 (2009)
[12] Ground state of a tightly bound composite dimer immersed in a Fermi sea, Christophe
Mora, Frederic Chevy, Phys. Rev. A 80, 033607 (2009)
[13] Ground State Energy of the Two-Dimensional Weakly Interacting Bose Gas : First
Correction Beyond Bogoliubov Theory, Christophe Mora, Yvan Castin, Phys. Rev. Lett.
102, 180404 (2009)
[14] Noisy Kondo impurities, T. Delattre, C. Feuillet-Palma, L. G. Herrmann, P. Morfin,
J.-M. Berroir, G. Fève, B. Plaçais, D. C. Glattli, M.-S. Choi, C. Mora, T. Kontos, Nature
Physics 5, 208 (2009)
[15] Analytical solution of the bosonic three-body problem, Alexander O. Gogolin, Christophe
Mora, Reinhold Egger, Phys. Rev. Lett. 100, 140404 (2008)
[16] Current noise through a Kondo quantum dot in a SU(N) Fermi liquid state, Christophe
Mora, Xavier Leyronas, Nicolas Regnault, Phys. Rev. Lett. 100, 036604 (2008)
[17] Quantum melting of a crystal of dipolar bosons, Christophe Mora, Olivier Parcollet,
Xavier Waintal, Phys. Rev. B 76, 064511 (2007)
[18] Variational wave functions, ground state and their overlap, Christophe Mora, Xavier
Waintal, Phys. Rev. Lett. 99, 030403 (2007)
[19] From Luttinger liquid to Altshuler-Aronov anomaly in multi-channel quantum wires,
Christophe Mora, Reinhold Egger, Alexander Altland, Phys. Rev. B 75, 035310 (2007)
11

Conférences invitées
[20] Universal Resistances of the Quantum RC circuit, Moriond 2011 - Quantum Mesoscopic
Physics, La Thuile - Italie (2011).
[21] Universal Resistances of the Quantum RC circuit, Réunion pléniaire du GDR de physique
mésoscopique, Aussois - France (2010).
[22] Imbalanced Fermi gases and dilute interacting Polarons et Universal Resistances of the
Quantum RC circuit, The International Conference on Frustrated Spin Systems, Cold
Atoms and Nanomaterials, Hanoï - Vietnam (2010).
[23] Universal Resistances of the Quantum RC circuit, Workshop on electronic noise and
relaxation in nanostructures, Grenoble - France (2010).
[24] Low energy Fermi liquid approach for the Kondo problem, Exact Results in Low-
Dimensional Quantum Systems 2nd INSTANS Summer Conference, Florence - Italie
(2008).
[25] Current noise analysis for SU(4) Kondo screening in quantum dots, Moriond 2008 -
Quantum Transport and Nanophysics, La Thuile - Italie (2008).
Contributions orales à des conférences
[26] Universal Resistances of the Quantum RC circuit, Time-dependent dynamics and nonequilibrium
quantum systems, Budapest - Hongrie (2010).
[27] Noise in Carbon Nanotubes in the Kondo regime, The 18th International Conference
onElectronicPropertiesofTwo-DimensionalSystems(EP2DS-18),Kobe-Japon(2009).
12

DEMANDE D'UN CONGE POUR RECHERCHES OU CONVERSIONS THEMATIQUES
AU TITRE DE L’ETABLISSEMENT
ANNEE 2012 – 2013
---------------------------------------------
(DEMANDE A REMPLIR PAR L’ENSEIGNANT-CHERCHEUR, EN DOUBLE EXEMPLAIRE)
Etablissement d’affectation : UNIVERSITE PARIS-DIDEROT –PARIS 7
Composante : UFR de Physique
NOM patronymique : PATZAK Nom marital : ....
Prénoms : Thomas Date de naissance : 23/05/1965
Corps : PR Grade : PR1 Emploi occupé n° : . Section du CNU : 29
J’ai l’honneur de demander un congé pour :
X Recherches □ Conversions thématiques □ Recherches et conversions thématiques
Au titre de la section du Conseil national des universités n° 29 (2)
Intitulé (2)
X D’une durée d’un semestre (1) ou □ d’une année (1)
Par période de six ans passée en position d’activité ou de détachement.
□ Responsabilités collectives ou □ Enseignements nouveaux ou pratiques pédagogiques innovantes
ou □ d’une durée d’un semestre, suite à congé de maternité (1) ou congé parental (1)
Congé obtenu du : .././.. au .././...... (3)
Indiquez la date de début du congé : 01/02/2013 au titre du projet présenté ci-joint.
CRCT déjà obtenu (s) : Dates : ..
A Paris, le 10/01/2012
Signature de l’enseignant –chercheur
Visa du directeur d’UFR
(1) Cocher la rubrique concernée.
(2) Préciser le numéro et l’intitulé. La demande doit correspondre à la section à laquelle l’enseignant-chercheur
appartient ainsi que le projet qui s’y rapporte, cependant la section peut-être différente de sa section de
rattachement.
(3) Le justificatif du congé signé par l’administration doit accompagner la demande.
AVIS DU CHEF D’ÉTABLISSEMENT Date et signature

DEMANDE D'UN CONGE POUR RECHERCHES OU CONVERSIONS THEMATIQUES
AU TITRE DE L’ETABLISSEMENT
ANNEE 2012 – 2013
---------------------------------------------
(DEMANDE A REMPLIR PAR L’ENSEIGNANT-CHERCHEUR, EN DOUBLE EXEMPLAIRE)
Etablissement d’affectation : UNIVERSITE PARIS-DIDEROT –PARIS 7
Composante : UFR de Physique
NOM patronymique : PATZAK Nom marital : ....
Prénoms : Thomas Date de naissance : 23/05/1965
Corps : PR Grade : PR1 Emploi occupé n° : . Section du CNU : 29
J’ai l’honneur de demander un congé pour :
X Recherches □ Conversions thématiques □ Recherches et conversions thématiques
Au titre de la section du Conseil national des universités n° 29 (2)
Intitulé (2)
X D’une durée d’un semestre (1) ou □ d’une année (1)
Par période de six ans passée en position d’activité ou de détachement.
□ Responsabilités collectives ou □ Enseignements nouveaux ou pratiques pédagogiques innovantes
ou □ d’une durée d’un semestre, suite à congé de maternité (1) ou congé parental (1)
Congé obtenu du : .././.. au .././...... (3)
Indiquez la date de début du congé : 01/02/2013 au titre du projet présenté ci-joint.
CRCT déjà obtenu (s) : Dates : ..
A Paris, le 10/01/2012
Signature de l’enseignant –chercheur
Visa du directeur d’UFR
(1) Cocher la rubrique concernée.
(2) Préciser le numéro et l’intitulé. La demande doit correspondre à la section à laquelle l’enseignant-chercheur
appartient ainsi que le projet qui s’y rapporte, cependant la section peut-être différente de sa section de
rattachement.
(3) Le justificatif du congé signé par l’administration doit accompagner la demande.
AVIS DU CHEF D’ÉTABLISSEMENT Date et signature

Création d’un grand laboratoire souterrain européen et installation d’un
détecteur de neutrino moderne pour l’astrophysique du neutrino à basse
énergie, les neutrinos d’accélérateur et la désintégration du proton.
Depuis toujours, la recherche sur les propriétés des neutrinos et l'utilisation des neutrinos pour
étudier les éléments fondamentaux de la matière ont dévoilé de nouvelles lois inattendues de
la nature. Dans la version de base du modèle standard de physique des particules, les
neutrinos sont considérés comme étant sans masse, neutres et de spin ½. Les neutrinos
"gauche" forment un doublet d'isospin électrofaible avec leurs partenaires massifs chargés: les
électrons, muons et taus. Les neutrinos "droit" forment un singulet d'isospin électrofaible .
Aujourd'hui, nous avons une preuve expérimentale forte que les neutrinos ont une masse non
nulle et qu'ils changent de saveur tout en se propageant dans l'espace. Ce phénomène est
appelé oscillation des neutrinos. Ces observations expérimentales impliquent une extension
du modèle standard et pointent vers un formalisme plus général. Aucune autre indication
prouvée expérimentalement pour la physique au delà du modèle standard n'a été trouvée avec
les expériences faites aux accélérateurs LEP, Tevatron et LHC jusqu'à maintenant.
La recherche d'oscillations de neutrinos a été déclenchée par des expériences d'astrophysique
de neutrinos à savoir l'observation des neutrinos provenant du Soleil et, plus tard, de ceux
générés dans l'interaction des rayons cosmiques avec l'atmosphère de la Terre - les neutrinos
atmosphériques. Dans le même temps la spectroscopie des neutrinos solaires permet une bien
meilleure compréhension ainsi q'une description théorique de notre étoile. La détection d'une
poignée de neutrinos d'une supernova en 1987 par les expériences Kamiokande et IMB a
donné une impulsion fondamentale à ce domaine et la vérification des modèles de supernova.
Au cours des dernières décennies, les résultats des expériences sur les neutrinos ont déclenché
une énorme quantité de développements théoriques: les théories au delà du modèle standard
ou tout au moins des extensions de celui-ci, le développement du modèle solaire standard et la
modélisation des explosions de supernovae ainsi que le développement des théories pour
expliquer l'asymétrie matière-antimatière dans l'univers.
Les exemples mentionnés ci-dessus font de la physique des neutrinos l'un des domaines les
plus dynamiques et passionnants de la recherche fondamentale en physique des particules et
en astrophysique. La prochaine génération de détecteurs de neutrinos se penchera sur deux
aspects: propriétés fondamentales des neutrinos, comme la hiérarchie de masse, l'angle de
mélange θ13 et la phase de CP ainsi que l'astronomie des neutrinos de faible énergie au moyen
des neutrinos solaires, atmosphériques et supernova.
La prochaine génération d'observatoires de neutrinos a besoin d'un énorme détecteur à
l'échelle mégatonnes qui à son tour doit être installé dans un nouveau laboratoire souterrain
international, capable d'accueillir un si gros détecteur.
Le contexte international:
Depuis quelques années, les physiciens du monde entier ont commencé à étudier le potentiel
physique et l'infrastructure d'un laboratoire pouvant abriter le détecteur de neutrinos de
prochaine génération. Des groupes de réflexion de haut niveau aux Etats-Unis, Japon et
Communauté Européenne ont déposé leurs rapports et feuilles de route aux agences
gouvernementales. Dans un premier temps une liste des questions les plus fondamentales pour
la physique a été établie. En 2002, l'ACADEMIE NATIONALE DES SCIENCES aux Etats-
Unis a déclaré 11 questions comme exceptionelles dans ce domaine: (1.) Qu'est ce que la
matière noire? (2.) Qu'est ce que l'énergie sombre? (3.) Comment l'univers a t-il commencé?

(4.) Einstein avait-il raison sur la gravitation? (5.) Comment les neutrinos ont-ils façonné
l'univers? (6.) Quelles sont les particules les plus énergétiques de la nature? (7.) Les protons
sont-ils instables? (8.) Quels peuvent être les nouveaux états de la matière? (9.) Y a t-il plus
que 4 dimensions d'espace-temps? (10.) Comment les éléments de Fe à U se sont-ils formés?
(11.) Est-ce q'une nouvelle théorie de la lumière et la matière est nécessaire? Chacune des
questions, 3, 5, 7, 11 peuvent être directement adressées au nouvel Observatoire des
neutrinos.
En Europe, une feuille de route a été établie en 2008 et actualisée en 2011 par ASPERA
(ERANET AstroParticule). Dans la mise à jour de 2011, on peut lire «Les objectifs d'un
détecteur à l'échelle mégatonne abordés par les études de conception LAGUNA vont de l'
astrophysique des neutrinos à basse énergie (par exemple, supernova, neutrinos solaires, géo
et atmosphériques) aux recherches fondamentales sans accélérateurs (par exemple, recherche
de la désintégration du proton) et à la physique par accélérateurs (par exemple l'observation
de la violation de CP). En raison de son coût élevé, le programme ne peut être développé que
dans un contexte mondial; en outre le calendrier de sa réalisation dépend fortement de ce que
les indications préliminaires pour le paramètre de mélange défini comme θ13 sont confirmées
dans un délai d'une ou deux prochaines années, permettant une série de mesures très
excitantes pour la hiérarchie de masse des neutrinos et la violation de CP, en utilisant des
faisceaux du CERN. Laguna est donc clairement à l'interface avec la mise à jour de la
"Stratégie Européenne du CERN" pour être livré début 2013, où il représente un projet à
haute priorité pour les astroparticules "
Au Japon, une proposition visant à construire un détecteur Cherenkov à eau de 550 ktonnes ,
appelé HyperKamiokande, vient d'être soumise au gouvernement.
Comme indiqué ci-dessus il y a un consensus parmi les physiciens du monde entier sur les
priorités scientifiques et sur la prochaine génération de détecteurs de neutrinos et leurs
infrastructures. On peut aussi voir la très forte concurrence entre les différents pays pour
accueillir pour les 30 à 50 prochaines années de tels observatoires .
Se concentrant sur l'Europe, nous avons trois études de conception FP7 en cours: LAGUNA,
grand appareillage pour étudier la Grande Unification et l'Astrophysique des Neutrinos
(Subvention n ° 212343, FP7-INFRA-2007-1), EUROnu et Laguna -LBNO, Grand
Appareillage pour étudier la Grande Unification et l'Astrophysique des Neutrinos et
oscillations de neutrinos sur grande distance (subvention n ° 284518, FP7-INFRA-2011-
2.1.1.). Une troisième étude, EUROnu se concentre sur les études de possibles faisceaux du
CERN vers Fréjus et donne donc un apport très important à cette proposition. Cependant je
me concentrerai sur les deux études de conception LAGUNA et LAGUNA-LBNO.
LAGUNA & LAGUNA-LBNO:
Le consortium LAGUNA a évalué les extensions possibles des actuels laboratoires
souterrains profonds en Europe: Boulby (RU), Canfranc (Espagne) et Fréjus (France) et a
envisagé la création de nouveaux laboratoires dans les régions suivantes: Caso, Région
Ombrie (Italie), Pyhäsalmi (Finlande), Sierozsowice (Pologne) et Slanic (Roumanie).
En Europe il ya trois différents détecteurs proposés: GLACIER (argon liquide), LENA
(scintillateur liquide) et MEMPHYS (Cherenkov à eau). Pour tous les trois détecteurs il y a,
dans le contexte de LAGUNA, des études spécifiques concernant la faisabilité de la
construction, la profondeur requise, les flux de muons et de neutrinos en provenance de
réacteurs etc. Les principales caractéristiques des trois détecteurs sont présentées dans la
figure 1.
La principale conclusion de l'étude Laguna est que d'un point de vue mécanique
concernant les roches, toutes les excavations proposées sont possibles. Des estimations de
coût détaillées pour la construction du site et des estimations pour les constructions du
détecteur ont été livrées. Il s'est avéré que la construction de la caverne elle-même n'est pas le

facteur de coût le plus important dans de tels futurs projets . Afin de faire une estimation
réaliste des coûts d'ensemble pour ce projet, les coûts de construction du détecteur et les coûts
liés à l'exploitation de l'infrastructure pendant au moins 30 ans ou plus doivent être étudiés
plus en détail. En outre, le potentiel physique de chaque combinaison site-détecteur doit être
étudiée en détail et de façon similaire.
Figure 1: Les trois détecteurs LAGUNA pour le nouvel Observatoire souterrain de neutrinos
en Europe.
Cela a conduit la collaboration à proposer une étude de la deuxième phase: - LAGUNA-
LBNO qui a été accepté au sein de l'Europe dans le cadre FP7. La collaboration LAGUNA
décidé d'aller de l'avant avec une nouvelle étude, LAGUNA-LBNO (2011 - 2014) pour
enquêter sur deux sites plus en détail: la plus courte distance, du CERN à Fréjus (130 km),
avec des effet de matière négligeables et donc à même de fournir une mesure propre de la
violation de CP et la plus longue distance, du Cern à Pyhäsalmi (2300 km) avec effets de
matière et donc là pouvant déterminer la hiérarchie de masse. Un troisième site, Ombrie en
Italie à 730 km du CERN, est étudiée avec une priorité inférieure. L'Ombrie est un endroit
dans l'angle solide existant du faisceau du CERN au CNGS (Gran-Sasso). LAGUNA-LBNO
est une collaboration d'environ 300 physiciens et ingénieurs de 13 pays dont 39
établissements de recherche et partenaires industriels. Deux pays non-européens, le Japon et
la Russie sont des partenaires du projet. LAGUNA-LBNO fournira un schéma réaliste pour la
construction du réservoir et l'évaluation du coût du détecteur lui-même. Les coûts impliqués
par l'approvisionnement en liquide et au fonctionnement à long terme (> 30 ans) du nouveau
laboratoire souterrain seront évalués. De nouvelles options de faisceau basées sur le complexe
d'accélérateurs existants au CERN sont étudiés et le potentiel physique de chaque détecteur
possible aux deux endroits seront étudiés.
Sur le site de Pyhäsalmi, deux options sont étudiées: Le détecteur de LENA à une profondeur
de 4000 mètres-équivalent-eau (m.e.e.) et GLACIER à une profondeur de 2500 m.e.e.. Pour le
site de Fréjus le projet MEMPHYS en combinaison avec un β-beam du CERN est sous

enquête. En parallèle, une option hybride d'un ou de deux réservoirs MEMPHYS
conjointement avec l'expérience LENA sera étudiée.
Dans le panneau gauche de la figure 2, le sept endroits sur lesquels LAGUNA a enquêté et
leurs distances au CERN sont affichés. Sur la droite de la figure 2 configurations typiques et
les profondeurs pour les trois options différentes de détecteurs sont représentées.
Figure 2: Les sept endroits de LAGUNA.
Physique avec MEMPHYS à Fréjus:
Cette option sera la priorité de notre groupe pour les prochaines années. L'installation de cette
infrastructure à Fréjus permettrait à la France de garder et d'étendre son rôle de leader dans la
physique du neutrino et dans la quête de la compréhension de notre univers. Un laboratoire
international de cette taille a un important impact socio-économique pour la région. Cela a été
reconnu par les autorités locales qui soutiennent fortement la mise en œuvre du laboratoire.
Une des techniques les mieux comprises pour la détection des neutrinos est basée sur
l'émission de lumière Cherenkov dans l'eau par les particules chargées résultant des
interactions de neutrinos. A des énergies de faisceau en dessous de 1 GeV, la technique de
l'eau Cherenkov est bien adaptée aux buts de LAGUNA. Par conséquent, la possibilité de
construire un détecteur Cherenkov à l'eau avec une masse fiducielle environ 20 fois plus
grande que SuperKamiokande est actuellement étudiée par les différents groupes à travers le
monde, et pour différents sites souterrains. Le projet MEMPHYS est discuté ici, avec un
intérêt particulier pour le déploiement dans une extension du laboratoire de Modane (LSM:
Laboratoire Souterrain de Modane de la France), la distance au CERN étant optimale pour un
faisceau de neutrinos de faible énergie. Chaque réservoir de MEMPHYS est environ 10 fois
SuperKamiokande et donc n'est nécessaire qu'une extrapolation relativement simple à partir
d'un détecteur existant.
Pour un détecteur MEMPHYS sur le site de Fréjus, situé à 130 km du CERN et en
considérant une énergie de faisceau entre de 0,2 à 0,4 GeV, la probabilité d'oscillation des
neutrinos correspond au premier pic d'oscillations.
Une disposition possible du nouveau laboratoire est montrée dans la figure 3.

Figure 3: Vue d'artiste du détecteur MEMPHYS sur la gauche et la conception de base pour
l'implémentation du futur laboratoire à droite.
On peut utiliser les β-beams et les superbeams. Un β-beam est un faisceau composé d'ions
radioactifs-β. L'émission d'électrons (ou positrons) s'accompagne d'émission d'anti-neutrinos
(ou neutrinos). Un superbeam n'est qu'un faisceau classique de neutrinos, mais extrêmement
intense. On obtient ainsi un potentiel de découverte de sin 2 (2θ13) dans la gamme de 5×10 -3 à
3×10 -4 (limites inférieures et supérieures) à 3σ, indépendamment de la valeur réelle de la
phase δ CP. Pour certaines valeurs de δ CP, la sensibilité est considérablement améliorée. Rien
que pour un seul un β-beam les limites de découverte de sin 2 (2θ13) ≈ 3 (10) ×10 -4 sont
obtenus pour une large fraction des valeurs possibles de la phase δ CP. Un autre point
important est la compréhension de la hiérarchie de masse des neutrinos: MEMPHYS pourrait
aussi déterminer ce paramètre avec une sensibilité à 2σ (limite de confiance avec les données
prises en 5 ans) pour sin 2 (2θ13) > 0.025. Ce résultat pourrait être obtenu - dans un MEMPHYS
en configuration Fréjus - combinant β-beam et Superbeam à la mesure des neutrinos
atmosphériques. Le potentiel de découvertes de MEMPHYS pour sin 2 (2θ13), δCP et la
hiérarchie de masse est résumée dans la figure 4. On peut clairement en déduire l'importance
du potentiel d'un β−beam qui est en partie dûe à l' erreur systématique réduite de par la pureté
en saveur (aucun mélange avec des ν µ et des ντ) et absence de mélange entre neutrinos et
antineutrinos car le signe de la charge des isotopes du faisceau est unique.
Figure 4: Potentiel de découverte de MEMPHYS pour sin 2 (2θ13), δCP et la hiérarchie de
masse.
Le potentiel de physique pour de la physique sans accélérateurs est résumé dans le paragraphe
suivant.

Un des prédictions les plus spectaculaires du schéma de grande unification SU (5) est que les
protons, que nous avons toujours considérés comme stables, devraient décroitre via l'échange
de bosons virtuels super-lourds de jauge . En fait, la durée de vie du proton dépend
essentiellement de la valeur de la masse du boson, mais les estimations prédisent
τp ≈ 2×10 29±1,7 ans. Dans SU (5) le mode de désintégration dominant de la désintégration du
proton devrait être p --> e + π 0 et la plupart des modèles d'autres GUT prédisent une vie du
proton allant de 10 33 jusqu'à 10 37 ans.
En 10 ans, l'expérience MEMPHYS peut atteindre 1,4 × 10 35 ans pour le "voie en or" p-->e + π 0
et 2,6 × 10 34 ans pour le canal p --> K + ν. Par conséquent, un grand nombre de
modèles au-delà du modèle standard peuvent être étudiés.
Une explosion de supernova est l'un des phénomènes les plus spectaculaires et dans le même
temps les moins bien compris de notre univers. Bien que plus de 99% de l'énergie du
phénomène soit émise via les neutrinos, c'est seulement en 1987 que pour la première fois
trois expériences, Kamiokande, IMB et Baksan, ont détecté des neutrinos émis lors de
l'explosion de la supernova SN1987A. La grande taille d'un détecteur de MEMPHYS pourrait
donner un nombre élevé d'événements si une explosion de supernova (SN) se produit. Pour le
même type d'explosion que SN1987A, près de 50 fois plus d'événements que Kamiokande
sont attendus pour chaque cylindre. La plupart des neutrinos interagissent via échange de CC
(courant de charge), mais une petite fraction des neutrinos peuvent interagir via ES (diffusion
d'électrons) donnant de l'information sur la direction de leur source. MEMPHYS pourrait
détecter des SN distantes jusqu'à 1 Mpc en recherchant des antineutrinos électroniques
interagissant avec les protons libres du milieu détecteur. Par ailleurs les hautes statistiques
disponibles donnent la possibilité d'effectuer une analyse spectrale (en temps, dans la
composition de l'énergie et de la saveur), donc de contraindre le mécanisme de l'explosion de
supernova.
Le nombre d'explosions de supernovae qui ont eu lieu jusqu'à aujourd'hui est si élevé qu'une
une énorme quantité de neutrinos doit avoir été émise. Ces neutrinos forment maintenant un
fond diffus: Neutrinos Diffus de Supernova (DSN). La meilleure façon de détecter le DSN
est la détection de l'anti-νe par décroissance-β inverse .
La détection des neutrinos diffus de supernovae fournirait un apport et un test essentiels des
modèles de formation des étoiles et donc de notre compréhension de l'univers.
Physique à Pyhäsalmi:

La deuxième option pour l'emplacement de la nouvelle infrastructure est une mine en
Finlande à Pyhäsalmi. La distance au CERN en fait la plus longue ligne de base proposée
dans le monde jusqu'ici. Il y a là un potentiel unique pour la détermination de la hiérarchie de
masse car les effets de matière sont grands. Toutefois, afin d'obtenir le bon rapport (longueur
sur énergie (L/E), le faisceau doit être de plus haute énergie (3-4 GeV) et donc un détecteur
Cherenkov à eau n'est pas adapté. Actuellement, deux options de détecteur sont étudiées:
Le détecteur GLACIER (Giant Liquid Argon Charge Imaging ExpeRiment) est basé sur un
concept nouveau de détecteur à argon liquide, pouvant évoluer jusqu'à un détecteur de 100
ktonnes de masse en un seul volume: il s'appuie sur un réservoir de stockage cryogénique
développé par l'industrie pétrochimique (technologie du gas naturel liquéfié) et sur une
nouvelle méthode de fonctionnement appelé LAr LEM-PTC. LAr LEM-TPC est une chambre
à projection temporelle (TPC) opérant en double phase avec l'extraction de la charge et
l'amplification dans la phase vapeur. Grâce à la très bonne capacité d'imagerie du détecteur
et en combinaison avec un faisceau de neutrinos du CERN, l'expérience GLACIER a un
remarquable potentiel de physique. La haute résolution du détecteur permet la mesure précise
des premier et second maximas de l'oscillation , et donc la détermination précise de θ13, de la
phase δCP de violation de CP et de la hiérarchie de masse.
LENA (Low Energy Neutrino Astronomy) est un projet de grand détecteur de neutrinos pour
l'astrophysique des particules à scintillateur liquide (50 ktonnes) (LSc), situé dans un
laboratoire sousterrain profond. En raison de son faible seuil en énergie, LENA serait sensible
aux neutrinos provenant de sources très différentes: la mesure du fond de neutrinos diffus de
supernovae, la détermination précise du processus de fusion thermo-nucléaire et les effets de
matière dans la matière solaire en mesurant les neutrinos solaires avec de grandes statistiques;
une mesure de géo-neutrinos permettant de sonder les modèles de la Terre; au cas d'une
supernova de type II galactiques, une mesure précise de l'évolution temporelle et de la saveur
des neutrinos émis. Par ailleurs, LENA peut rechercher la désintégration du proton, en
particulier p --> K + ν et ainsi sonder grandes théories unifiées. Par ailleurs, LENA pourrait
être utilisé comme un détecteur de neutrinos atmosphériques à basse énergie et effectuer une
recherche indirecte de matière noire.
Un résumé des trois options de détecteur est donné dans la figure 5.
Le compromis entre les coûts et le potentiel de physique doit être évalué avec soin. Un
paramètre crucial pour le programme basé sur l'utilisation d'accélérateurs est la distance au
CERN. Nous considérons que c'est le cœur de l'étude de conception LAGUNA-LBNO où je
suis en charge du suivi scientifique. Cette approche garantit l'égalité de traitement de toutes
les options possibles et une évaluation basée sur des paramètres communs.
Comme je l'ai montré ci-dessus, le potentiel de physique est extrêmement riche en ces deux
endroits (Frejus et Pyhäsalmi) et complémentaires pour les trois options de détecteur
(GLACIER, LENA et MEMPHYS). La partie astrophysique du programme est presque
identique dans les deux endroits. Le détecteur GLACIER et, encore mieux le détecteur LENA
à Pyhäsalmi peuvent mesurer la géo-neutrinos. Ceci n'est pas possible pour MEMPHYS
puisque nous avons besoin d'un seuil très bas de 2 MeV. De plus, le bruit de fond dû aux
neutrinos réacteurs à Fréjus est trois fois plus élevé qu'à Pyhäsalmi, ce qui rend cette mesure
impossible.

Figure 5: Résumé du potentiel de physique des trois détecteurs proposés pour la physique sans
accélérateurs.
Pour les physiques avec faisceau, la différence est dans la capacité à mesurer la hiérarchie de
masse. La plus longue distance est la mieux adaptée. A l'emplacement de Fréjus on peut
mesurer la hiérarchie de masse à l'aide des neutrinos atmosphériques (gratuit). La mesure de
la phase d de violation de CP est possible aux deux endroits. Toutefois, le β−beam dans une
configuration Fréjus permet la mesure la plus propre puisque le faisceau n'a aucune saveur
leptonique autre que électronique.
Les trois détecteurs travailleront en mode continu (pas de déclenchement). Ils seront actifs
tout le temps et les données seront enregistrées en continu sur une ferme de PC et traités hors
ligne. Le programme pour l'astrophysique fera la majeure partie des données et les données à
partir du faisceau sont marquées en temps par le signal d'extraction des protons au CERN.
Cela permet à l'Observatoire de neutrinos d'être toujours opérationnel, indépendemment des
arrêts éventuels au CERN. Cette stratégie permet aussi une approche par étapes où l'on peut
démarrer le programme d'astrophysique juste après la fin de construction du détecteur et plus
tard de construire le faisceau approprié ou apporter des améliorations importantes à la
puissance du faisceau.
Recherche et développement:
Pour parvenir à la physique développée ci-dessus, les détecteurs et l'installation doivent
répondre à des exigences très strictes de performances, de stabilité et de coûts. Les équipes en
charge du détecteur ont lancé une activité de R&D sur chaque technologie. Un thème
commun est la détection de la lumière. A l' APC, nous développons un banc d'essai pour
diverses solutions de tubes photo-multiplicateurs (PMT) et d'électronique en utilisant les
signaux induits par les muons cosmiques. En particulier la couverture d'une grande surface
avec des PMT pour un "faible'' coût implique une lecture des PMT avec une électronique
intégrée (ASIC) pour des groupes de PMT (matrices de 4x4). Le développement d'une telle
électronique est l'objectif d'un programme français de R&D dédié, appelé PMm2. Le circuit
en cours de développement permet d'intégrer pour chaque groupe de PMT: un discriminateur
à haute vitesse sur le signal de photoélectrons (pe), la numérisation de la charge (sur un ADC

12 bits), la numérisation du temps (sur un TDC 12 bits), un ajustement de gain de chaque
canal, et une haute tension commune. Toutes les électroniques et les acquisitions développées
dans le programme de PMm2 vont être entièrement testées avec le prototype MEMPHYNO
situé à l'APC. Par ailleurs, MEMPHYNO va mesurer le seuil de déclenchement, les
performances de reconstruction des traces et les propriétés des PMT. MEMPHYNO est un
banc d'essai pour tout type de capteurs de lumière ou pour toute solution électronique pour
des expériences de la prochaine génération à taille mégatonne. Ce prototype est réalisé au
moyen d'un réservoir en polyéthylène de 2 x 2 x 2 m 3 rempli d'eau et un hodoscope composé
de 4 plans de scintillateur - 2 sur le dessus et 2 sur le fond - pour le déclenchement par les
muons cosmiques. La première matrice de 16 PMT de PMm2 sera placée dans le réservoir et
étudiée d'abord avec des muons cosmiques. Puis, MEMPHYNO sera déplacé à LSM (Fréjus)
pour un test de bruit de fond dans le même environnement que MEMPHYS, puis au CERN
pour des mesures avec faisceaux d'électrons, de pions et de kaons (un faisceau d'électrons au
LAL à Orsay est également possible). Le test avec les électrons sera utilisé pour étudier
l'efficacité de collection de la lumière Cherenkov provenant d'une source ponctuelle et pour
mesurer la gamme dynamique en photoélectrons uniques avant de présenter des phénomènes
d'empilement) avec le nouveau système électronique.
Dans la figure 6 sur la gauche est montrée une vue schématique du détecteur MEMPHYNO.
Sur la droite peuvent être vus les 16 PMT Hamamatsu ainsi qu'une boîte résistant à l'eau et
contenant l'électronique.
Figure 6: Le prototype MEMPHYNO en cours de développement à l'APC.
Nous avons commencé des collaborations étroites avec des groupes de GLACIER et LENA
qui sont très intéressés pour utiliser nos appareils électroniques et nos installations de tests.
Calendrier du projet:
Les principaux jalons du projet sont donnés dans le tableau 1 ci-dessous. De 2011 à 2014, je
suis le président du Conseil Scientifique de LAGUNA-LBNO. A cette fonction, je vais suivre
les travaux scientifiques de l'étude de conception. En même temps, je suis coordinateur pour
les membres français du CNRS et de l'Université. Notre groupe se concentrera sur l'évaluation
des avantages et inconvénients de l'emplacement du Fréjus et d'un détecteur Cherenkov à eau.
Des avis circonstanciés sur les potentiels de physique et les coûts de l'ensemble de
l'observatoire de neutrinos seront fournis pour la mise à jour la stratégie du CERN début
2013. En Septembre 2014, le rapport final sur l'étude de conception LAGUNA-LBNO doit
être déposée à la Commission Européenne. Le consortium LAGUNA devra choisir une
combinaison site / détecteur basée sur le meilleur potentiel de physique, la faisabilité et la

entabilité. Nous pouvons espérer une décision début 2015 par les organismes de financement
pour la construction dans l'un de ces deux endroits: Fréjus ou Pyhäsalmi.
2011 - 2014: Enquête sur les deux sites choisis en Europe: Fréjus et Pyhäsalmi.
2013 Fournir des données pour la mise à jour de stratégie du CERN
2014 Décision sur la sélection du site
2015 Démarrer l'excavation de la caverne principale et les structures
d'approvisionnement
2020 Fin de la construction du site
2020 - 2025 Construction des détecteurs
2025 Démarrer le programme de physique
Tableau 1: Résumé des principales étapes du projet.
Après ces étapes l'excavation peut commencer au second semestre de 2015. Selon
l'emplacement cette excavation va durer de 4 à 6 ans. On pourrait commencer la construction
du détecteur en 2020 et obtenir des résultats de physique à partir de 2025. Il s'agit d'une
planification très ambitieuse et la préparation des phases de décision est très importante.
Pendant la durée de la construction, d'installation du réservoir et de l'instrumentation du
détecteur, le développement de logiciels pour l'analyse de données et l'acquisition des données
seront poursuivis. La physique du projet basée sur l'emploi d'accélérateurs est fortement liée
aux développements des faisceaux au CERN. EUROnu donnera une estimation de la
performance d'un Superbeam ou une β-beam à Fréjus en 2012. Les options pour un faisceau à
Pyhäsalmi sont étudiées dans LAGUNA-LBNO.
La coordination du projet nécessite un investissement personnel très élevé. En tant que
président du Conseil Scientifique de la LAGUNA-LBNO, je suis impliqué dans chacun des 5
lots de travaux (work packages), ce qui implique de préparer et de participer à des réunions
pratiquement hebdomadaires, des face-à-face mensuels et à une réunion de collaboration tous
les 3 mois. En tant que coordinateur du CNRS et de l'Université en France, je suis amené en
particulier à étudier en détail l'option MEMPHYS-Fréjus, pour les 3 prochaines années. Je
suis responsable de la tâche consistant à évaluer le potentiel de physique du projet
MEMPHYS et responsable de la tâche consistant à estimer le coût de ce même du projet.
J'assume un contact étroit avec les entreprises concernées (ingénieries des roches, génie
mécanique, entreprises de construction, etc.) J'ai en charge le contact nécessaire avec les
autorités locales et gouvernementales pour l'installation légale de l'Observatoire de neutrinos.
Mon implication nécessite une grande souplesse pour voyager et une disponibilité quasi
permanente.

Curriculum Vitae
Nom: Thomas Patzak
Naissance : 23.05.1965 à Magdeburg (Allemagne)
Nationalité : Allemande
État civil : Marié, 2 enfants
Langue maternelle : Allemand
Autres langues : Français, Anglais
Adresse : 14, rue de Dantzig, 75015 Paris
E-mail : Patzak@apc.univ-paris7.fr
Téléphone : +33 1 57 27 61 67 ou +33 6 72 96 28 19
Situation professionnelle : Professeur des Universités (PR1 depuis 2006), Université Paris
Diderot-Paris7, Laboratoire APC (UMR 7164)
Formation et Diplômes :
1983 Abitur, (diplôme allemand équivalent du baccalauréat français).
1983 - 1986 Service militaire en Allemagne (Armée de l’air, Grade : Leutnant)
1986 - 1991 Études universitaires de physique à l’Université Humboldt à Berlin.
1991 Diplôme (“Diplom Physiker”), de l’Université Humboldt à Berlin.
Sujet: “Production et caractérisation des monocristaux
supraconducteurs à haute température (80 K) basées sur YBaCuO”.
1/1992 - 6/1996 Séjour permanent au CERN, à Genève, comme “Membre associé”.
12/1995 Soutien de la Thèse de Doctorat (doctor rerum naturalium) à
l’Université Humboldt de Berlin. Sujet: “Détection des muons dans
l’expérience CHORUS”.
Mention: magna cum laude.
Déroulement de la carrière :
7/1996 - 7/1999 Poste de recherche (visiteur étranger) au Collège de France, Paris, au
sein de groupe HELLAZ. Sujet: “Développement et construction d’un
détecteur de haute sensibilité pour mesurer le spectre des neutrinos
solaires”.
7/1999 – 8/2000 Professeur, chargé de Recherche à l'Université Tufts de Boston.
Depuis 9/2000 Professeur à l’université Paris Diderot-Paris7
Rayonnement national et international :
Août 1992 : Lauréat du Prix “LEOPOLDINA--FÖRDERPREIS” de l’Académie
Allemande des Sciences naturelles (Deutsche Akademie der Naturforscher
Leopoldina).
2001 – 2008: Membre élu de la 29 e commission de spécialistes de Paris 7
2001 – 2007 : Représentant de la présidence de Paris 7 à la commission mixte Université –
CEA.
2002 – 2004: Membre élu dans le conseil scientifique du PCC – Collège de France.
2004 – 2008: Président de la 29 e commission de spécialistes de Paris 7 (20 titulaires et 20
suppléants)
2005 - 2007: Membre nommé du conseil du laboratoire APC
Depuis 2007: Membre élu du conseil scientifique de l’APC
Depuis 2007: Membre du comité d’organisation national de l’école de Gif

Depuis 2008: Président du Conseil Scientifique de l’UFR de Physique de Paris Diderot (14
laboratoires rattachés, 160 Enseignants-chercheurs, 80 Chercheurs, 50
Personnels Biatoss)
Depuis 2009: Membre du conseil de l’école doctorale « Particules, Noyaux, Cosmos », ED
517
Depuis 2011 : Chair du « scientific board » de l’étude européen LAGUNA-LBNO (300
membres, 39 bénéficiaires, 13 nations)
• Jury des thèses et d’habilitation
1. Membre de jury de thèse de : C. Rosset (2003), Rodolphe Piteira (2005), Rachel Queval
(CEA, 2010), Michela Marafini (2011)
2. Membre de jury HDR de : D. Lacour (2001), P. Schwemling (2001), T. Stolarczyk (CEA,
2002), G. Sigl (2003), A. Claret (CEA, 2010), R. Chipoux (CEA, 2011)
3. Président du jury de thèse de : Gwenaëlle Lefeuvre (2006), Lucien Larquere (2006), Bob
Petrus Dirks CEA/SAP (2006), Aline Meuris, CEA/SAP (2009), Flore Blaszczyk,
CEA/IRFU (2011), Sébastian Galais, IPNO (2011)
4. Membre expert de jury pour le recrutement d’un IR du CNRS (2009)
• Direction, animation laboratoires et équipes de recherche
Depuis 2005 : Responsable du laboratoire « Photodétection » à l’APC
Depuis 2007 : Responsable du projet MEMPHYS au niveau national.
2008 - 2011 : Responsable pour la France de l’étude de design européen LAGUNA. Ce
projet est financé par l’Europe à l’hauteur de 1.7 M€.
Depuis 2010 : Responsable du programme PICS Franco-Allemand : "Etudes pour le
développement d'un futur détecteur de grande taille pour la physique des
particules et astroparticules"
2011 – 2014 : Responsable pour la France et Chair du « scientific board » de l’étude de
design européen LAGUNA-LBNO. Ce projet est financé par l’Europe à
l’hauteur de 5 M€.
• Organisation colloques, conférences, journées d’étude
2004 : Membre du comité d’organisation de la conférence internationale « Neutrino 2004 » à
Paris (530 participants, conférence tout les deux ans). Je suis co-éditeur invité pour les
proceedings de la conférence publié dans Nucl. Phys. B (Proc. Suppl.).
Depuis 2007 : Membre du comité d’organisation de l’école de Gif
2008 : Chairman de la conférence internationale « NNN08 » (Next Nucleon decay and
Neutrino detectors) à l’APC - Paris Diderot
2009: Membre du Program Advisory Committee for the 2009 Workshop on Next Generation
Nucleon and Neutrino Detectors (NNN09) Estes Park, Colorado, USA October 8-10,
2009.
2010: Membre du comité d’organistion du 7th international workshop on Ring Imaging
Cherenkov detectors, Cassis, 2 – 8 mai, 2010.
2010: Membre du comité d’organisation de la conférence internationale TPC-2010
2011 : - Membre du International Advisory comitee de la conference internationale: NDIP-
2011
- Chairman du comité d’organisation de l’école de Gif2011 « Neutrinos », à l’APC,
Paris.
- Membre du Program Advisory Committee for the Workshop on Next Generation
Nucleon and Neutrino Detectors (NNN11) Zurich, Switzerland.

• Direction de thèses et autres travaux
6 thèses à 30%, 3 (+ 1 en cours) thèses à 100%, 1 thèse de Laurea, 17 stages de longue durée
2001 – 2003 : Responsable de la Maîtrise F1 à Paris 7.
2004 – 2009: Responsable du Master « Photodétection » de Paris 7, dont j’ai initialisé la
création.
• Réseaux de recherche
2008 – 2011 : FP7 DS LAGUNA, 200 participants
2010 – 2012 : PICS Franco-Allemand, 25 participants
2011 – 2014 : FP7 DS LAGUNA-LBNO, 300 participants
• Soutien pour la recherche
2001 : PEDR (Prime d’encadrement doctoral et de recherche)
2005 : BQR (Bonus Qualité Recherche) Paris 7 : 28,7 k€
BQE (Bonus Qualité Enseignement) Paris 7 : 10 k€
2006 : PEDR (Prime d’encadrement doctoral et de recherche) renouvelé
2008 : Dotation du Ministère pour l’installation du laboratoire « Photodetection » : 260 k€
Financement d’une thèse par le programme P2I
Programme européen « LAGUNA » : 1.7 M€
2009 : PES (Prime Excellence Scientifique)
Délégation CNRS 50%
2010 : PICS Franco/Allemand : 6 k€/an pour 3 ans
PIR Particules et Univers 10 k€
Délégation CNRS 50%
2011 : Programme européen « LAGUNA-LBNO » : 5 M€

LISTE DES TRAVAUX ET PUBLICATIONS
1996 – 1999 : Poste de recherche (visiteur étranger) au Collège de France, Paris, au sein de
groupe HELLAZ. Sujet: “Développement et construction d’un détecteur de haute sensibilité
pour mesurer le spectre des neutrinos solaires”. HELLAZ est l’expérience de détection des
neutrinos solaires de la troisième génération. L’objectif est la mesure avec une haute précision
du spectre des neutrinos pp et de la raie 7 Be. Pendant cette période j’ai assumé la
responsabilité du développement et de la construction d’un prototype pour l’expérience
HELLAZ (TPC de 5 litres de volume et 50 cm de dérive).
1998 : Première observation d’un signal généré par le mouvement des électrons dans une
chambre à ionisation Micromégas.
ντ
7/1999 – 8/2000: Professeur, chargé de Recherche à l'Université Tufts de Boston. J’ai
travaillé principalement sur trois projets: ATLAS au CERN (recherche du Higgs au sein de
LHC), MINOS au Fermilab : Recherche d’oscillation des saveurs et DONUT (voir cidessus).
ν µ

LISTE DES TRAVAUX ET PUBLICATIONS
1996 – 1999 : Poste de recherche (visiteur étranger) au Collège de France, Paris, au sein de
groupe HELLAZ. Sujet: “Développement et construction d’un détecteur de haute sensibilité
pour mesurer le spectre des neutrinos solaires”. HELLAZ est l’expérience de détection des
neutrinos solaires de la troisième génération. L’objectif est la mesure avec une haute précision
du spectre des neutrinos pp et de la raie 7 Be. Pendant cette période j’ai assumé la
responsabilité du développement et de la construction d’un prototype pour l’expérience
HELLAZ (TPC de 5 litres de volume et 50 cm de dérive).
1998 : Première observation d’un signal généré par le mouvement des électrons dans une
chambre à ionisation Micromégas.
ντ
7/1999 – 8/2000: Professeur, chargé de Recherche à l'Université Tufts de Boston. J’ai
travaillé principalement sur trois projets: ATLAS au CERN (recherche du Higgs au sein de
LHC), MINOS au Fermilab : Recherche d’oscillation des saveurs et DONUT (voir cidessus).
ν µ

LISTE DES TRAVAUX ET PUBLICATIONS
1996 – 1999 : Poste de recherche (visiteur étranger) au Collège de France, Paris, au sein de
groupe HELLAZ. Sujet: “Développement et construction d’un détecteur de haute sensibilité
pour mesurer le spectre des neutrinos solaires”. HELLAZ est l’expérience de détection des
neutrinos solaires de la troisième génération. L’objectif est la mesure avec une haute précision
du spectre des neutrinos pp et de la raie 7 Be. Pendant cette période j’ai assumé la
responsabilité du développement et de la construction d’un prototype pour l’expérience
HELLAZ (TPC de 5 litres de volume et 50 cm de dérive).
1998 : Première observation d’un signal généré par le mouvement des électrons dans une
chambre à ionisation Micromégas.
ντ
7/1999 – 8/2000: Professeur, chargé de Recherche à l'Université Tufts de Boston. J’ai
travaillé principalement sur trois projets: ATLAS au CERN (recherche du Higgs au sein de
LHC), MINOS au Fermilab : Recherche d’oscillation des saveurs et DONUT (voir cidessus).
ν µ

Publications
I. Publications dans des revues à comité de lecture
1. LAGUNA and LAGUNA-LBNO: Future Megaton Neutrino Detectors in Europe. T.
Patzak on behalf of the LAGUNA and LAGUNA-LBNO collaboration, accepted for
publication in Nucl.Instrum.Meth.A
2. The next-generation liquid-scintillator neutrino observatory LENA. By LENA
Collaboration (Michael Wurm et al.). Apr 2011. 59pp. e-Print: arXiv:1104.5620 [astroph.IM],
submitted
3. The MEMPHYS project. J.L. Borne et al. 2011. 3pp. Published in
Nucl.Instrum.Meth.A639:287-289,2011.
4. A Search for Lorentz Invariance and CPT Violation with the MINOS Far Detector.
By MINOS Collaboration (P. Adamson et al.). FERMILAB-PUB-10-240-E, Jul 2010.
(Received Oct 8, 2010). 5pp. Published in Phys.Rev.Lett.105:151601,2010.
5. Observation of muon intensity variations by season with the MINOS far detector.
By MINOS Collaboration (P. Adamson et al.). 8pp. Published in
Phys.Rev.D81:012001,2010.
6. Search for muon-neutrino to electron-neutrino transitions in MINOS.
By MINOS Collaboration (P. Adamson et al.). 5pp. Published in
Phys.Rev.Lett.103:261802,2009.
7. Testing Lorentz Invariance and CPT Conservation with NuMI Neutrinos in the
MINOS Near Detector. By MINOS Collaboration (P. Adamson et al.). 5pp. Published in
Phys.Rev.Lett.101:151601,2008.
8. Search for active neutrino disappearance using neutral-current interactions in the
MINOS long-baseline experiment. By MINOS Collaboration (P. Adamson et al.). 5pp.
Published in Phys.Rev.Lett.101:221804,2008.
9. Measurement of Neutrino Oscillations with the MINOS Detectors in the NuMI
Beam.
By MINOS Collaboration (P. Adamson et al.). 5pp. Published in
Phys.Rev.Lett.101:131802,2008.
10. The Magnetized steel and scintillator calorimeters of the MINOS experiment. By
MINOS Collaboration (D.G. Michael et al.). 87pp. Published in
Nucl.Instrum.Meth.A596:190-228,2008.
11. A Study of Muon Neutrino Disappearance Using the Fermilab Main Injector
Neutrino Beam.
By MINOS Collaboration (P. Adamson et al.). 57pp. Published in
Phys.Rev.D77:072002,2008.
12. Measurement of neutrino velocity with the MINOS detectors and NuMI neutrino
beam.
By MINOS Collaboration (P. Adamson et al.). Published in Phys.Rev.D76:072005,2007.
13. Large underground, liquid based detectors for astro-particle physics in Europe:
Scientific case and prospects. D. Autiero et al. May 2007. 29pp. Published in JCAP
0711:011,2007.
14. Measurement of the atmospheric muon charge ratio at TeV energies with MINOS.
By MINOS Collaboration (P. Adamson et al.). 16pp. Published in
Phys.Rev.D76:052003,2007.
15. Absolute measurement of the nitrogen fluorescence yield in air between 300 and 430
nm.
G. Lefeuvre, P. Gorodetzky, J. Dolbeau, T. Patzak, P. Salin, . APC-07-21, Apr 2007.
Published in Nucl.Instrum.Meth.A578:78-87,2007.

16. Charge-separated atmospheric neutrino-induced muons in the MINOS far detector.
By MINOS Collaboration (P. Adamson et al.). 14pp. Published in
Phys.Rev.D75:092003,2007.
17. Observation of muon neutrino disappearance with the MINOS detectors and the
NuMI neutrino beam. By MINOS Collaboration (D.G. Michael et al.). 6pp. Published in
Phys.Rev.Lett.97:191801,2006.
18. First observations of separated atmospheric nu(mu) and anti-nu(mu) events in the
MINOS detector. By MINOS Collaboration (P. Adamson et al.). 18pp. Published in
Phys.Rev.D73:072002,2006.
19. A New upper limit for the tau - neutrino magnetic moment. By DONUT Collaboration
(R. Schwienhorst et al.). Feb 2001. 10pp. Published in Phys.Lett.B513:23-29,2001.
20. First direct observation of the tau-neutrino. By DONUT Collaboration (T. Patzak for
the collaboration). 2001. Published in Europhys.News 32:56-57,2001.
21. Observation of tau neutrino interactions. By DONUT Collaboration (K. Kodama et
al.). FERMILAB-PUB-00-335-E, Dec 2000. 12pp. Published in Phys.Lett.B504:218-
224,2001.
22. Generator of two single electrons separated in time adjustable between 300-ps and
100-ns.
T. Patzak, P. Gorodetzky, K. Medjoubi, J.G. Vanel, (College de France) . 1999. Published
in Nucl.Instrum.Meth.A434:358-361,1999.
23. Search for muon-neutrino ---> tau-neutrino oscillation using the tau decay modes
into a single charged particle. By CHORUS Collaboration (E. Eskut et al.). 5pp.
Published in Phys.Lett.B434:205-213,1998.
24. A Search for muon-neutrino ---> tau-neutrino oscillation. By CHORUS Collaboration.
7pp.
Published in Phys.Lett.B424:202-212,1998.
25. The CHORUS experiment to search for muon-neutrino --> tau-neutrino oscillation.
By CHORUS Collaboration (E. Eskut et al.). 74pp. Published in
Nucl.Instrum.Meth.A401:7-44,1997.
II. Publications dans des actes de conférence avec comité de
lecture
1. LAGUNA-LBNO: Large Apparatus studying Grand Unification and Neutrino
Astrophysics and Long Baseline Neutrino Oscillations By LAGUNA-LBNO
Collaboration (T. Patzak for the collaboration). 12th International Conference on Topics
in Astroparticle and Underground Physics, 5 – 9 September 2011, Munich, Germany..
Submitted to J.Phys.Conf.Ser.
2. MEMPHYS: A next generation megaton scale water Cherenkov detector in Europe.
By MEMPHYS Collaboration (T. Patzak for the collaboration). 12th International
Conference on Topics in Astroparticle and Underground Physics, 5 – 9 September 2011,
Munich, Germany.. Submitted to J.Phys.Conf.Ser.
3. LAGUNA: Future megaton detectors in europe. By LAGUNA Collaboration (T.
Patzak for the collaboration). 2011. 6pp. Prepared for 5th Symposium on Large TPCs for
Low Energy Rare Event Detection, Paris, France, 14-17 Dec 2010. Published in
J.Phys.Conf.Ser.309:012022,2011.
4. Physics with the MEMPHYS detector. M. Marafini et al. 2010. 16pp. Prepared for
Cracow Epiphany Conference on Physics in Underground Laboratories and its Connection
with LHC, Cracow, Poland, 5-8 Jan 2010. Published in Acta Phys.Polon.B41:1733-
1748,2010.

5. The LAGUNA project: Towards the giant liquid based detectors for proton decay
searches and for low energy neutrino astrophysics. By LAGUNA Collaboration (Jan
Kisiel et al.). 2009. 4pp. Prepared for 2009 Europhysics Conference on High Energy
Physics: HEP 2009 (EPS-HEP 2009), Cracow, Poland, 16-22 Jul 2009. Published in PoS
EPS-HEP2009:283,2009.
6. Progress on a spherical TPC for low energy neutrino detection. S. Aune et al. Nov
2005. 3pp.
Talk given at 9th International Conference on Astroparticle and Underground Physics
(TAUP 2005), Zaragoza, Spain, 10-14 Sep 2005. Published in J.Phys.Conf.Ser.39:281-
283,2006.
7. NOSTOS: A Spherical TPC to detect low energy neutrinos. S. Aune et al. Mar 2005.
9pp. Prepared for Workshop on Low Radioactivity Technqiues (LRT 2004), Sudbury,
Canada, 12-14 Dec 2004. Published in AIP Conf.Proc.785:110-118,2005.
8. NOSTOS experiment and new trends in rare event detection. I. Giomataris et al. Feb
2005. 6pp.
Published in Nucl.Phys.Proc.Suppl.150:208-213,2006.
9. Dark matter with HELLAZ. P. Gorodetzky, I. Giomataris, J. Collar, J. Dolbeau, T.
Patzak, P. Salin, (College de France & DSM, DAPNIA, Saclay & Chicago U.) . 2005.
3pp. Prepared for 8th International Workshop on Topics in Astroparticle and Underground
Physics (TAUP 2003), Seattle, Washington, 5-9 Sep 2003. Published in
Nucl.Phys.Proc.Suppl.138:56-58,2005.
10. The solar neutrino HELLAZ project. J. Dolbeau, I. Giomataris, P. Gorodetzky, T.
Patzak, P. Salin, A. Sarat, (College de France & DSM, DAPNIA, Saclay & SUNY, Stony
Brook) . 2005. 4pp.
Prepared for 8th International Workshop on Topics in Astroparticle and Underground
Physics (TAUP 2003), Seattle, Washington, 5-9 Sep 2003. Published in
Nucl.Phys.Proc.Suppl.138:94-97,2005.
11. Neutrino physics and astrophysics. Proceedings, 21st International Conference,
Neutrino 2004, Paris, France, June 14-19, 2004. J. Dumarchez, (ed.), F. Vannucci,
(ed.), (Paris U., VI-VII) , T. Patzak, (ed.), (College de France) . 2005. 584pp. Prepared for
21st International Conference on Neutrino Physics and Astrophysics (Neutrino 2004),
Paris, France, 14-19 Jun 2004. Published in Nucl. Phys. B, Proc. Suppl. 143 (2005) 1-
584.
12. The focal surface of the EUSO telescope. By EUSO Collaboration (Y. Kawasaki et al.).
2005. 4pp.
Prepared for 19th European Cosmic Ray Symposium (ECRS 2004), Florence, Italy, 30
Aug - 3 Sep 2004. Published in Int.J.Mod.Phys.A20:6890-6893,2005.
13. NOSTOS: A new low-energy neutrino experiment. S. Aune et al. Sep 2004. 8pp.
Prepared for IDM 2004: 5th International Workshop on the Identification of Dark Matter,
Edinburgh, Scotland, United Kingdom, 6-10 Sep 2004. Published in *Edinburgh 2004,
The identification of dark matter* 607-614.
14. Status report on high-pressure TPC. P. Salin, P. Gorodetzky, J. Dolbeau, T. Patzak,
(College de France) . 2004. 7pp. Prepared for 10th Vienna Conference on Instrumentation,
Vienna, Austria, 16-21 Feb 2004. Published in Nucl.Instrum.Meth.A535:253-259,2004.
15. The focal surface of EUSO telescope. By EUSO Collaboration (H.M. Shimizu et al.). Jul
2003. 4pp. Prepared for 28th International Cosmic Ray Conferences (ICRC 2003),
Tsukuba, Japan, 31 Jul - 7 Aug 2003. Published in *Tsukuba 2003, Cosmic Ray* 923-
926.
16. The MINOS scintillator calorimeter system. By MINOS Collaboration (P. Adamson et
al.). 2002.

Prepared for IEEE 2001 Nuclear Science Symposium (NSS) and Medical Imaging
Conference (MIC), San Diego, California, 4-10 Nov 2001. Published in IEEE
Trans.Nucl.Sci.49:861-863,2002.
17. Status report of the solar neutrino detection project HELLAZ. P. Gorodetzky, A. de
Bellefon, J. Dolbeau, P. Salin, A. Sarrat, T. Patzak, J.C. Vanel, (College de France) .
2000. Prepared for 6th International Workshop on Topics in Astroparticle and
Underground Physics (TAUP 99), Paris, France, 6-10 Sep 1999. Published in
Nucl.Phys.Proc.Suppl.87:506-507,2000.
18. HELLAZ - The new generation solar neutrino experiment to measure the spectrum
of nu(p p) and nu(Be). By HELLAZ Collaboration (T. Patzak for the collaboration). Sep
1999. Prepared for International Workshop on Next Generation Nucleon Decay and
Neutrino Detector (NNN 99), Stony Brook, New York, 23-25 Sep 1999. Published in
*Stony Brook 1999, Next generation nucleon decay and neutrino detector* 103-105.
19. Identification of solar neutrinos by individual electron counting in HELLAZ. P.
Gorodetzky, T. Patzak, J. Seguinot, J.C. Vanel, T. Ypsilantis, (College de France) , J.
Derre, I. Giomataris, H. Zaccone, (DAPNIA, Saclay) . 1999. Prepared for 3rd
International Workshop on Ring Imaging Cerenkov Detector (RICH 98), Ein Gedi, Dead
Sea, Israel, 15-20 Nov 1998. Published in Nucl.Instrum.Meth.A433:554-559,1999.
20. The HELLAZ solar neutrino experiment: The measurement of the spectrum of nu(p
p) and nu(Be). By HELLAZ Collaboration (T. Patzak for the collaboration). 1998.
Prepared for 29th International Conference on High-Energy Physics (ICHEP 98),
Vancouver, British Columbia, Canada, 23-29 Jul 1998. In *Vancouver 1998, High energy
physics, vol. 1* 656-660.
21. HELLAZ: The third generation solar neutrino experiment. T. Patzak, (College de
France) . 1997.
Given at International Europhysics Conference on High-Energy Physics (HEP 97),
Jerusalem, Israel, 19-26 Aug 1997. Published in Nucl.Phys.Proc.Suppl.66:350-353,1998.
Also in *Capri 1997, Weak interactions and neutrinos* 350-353.
22. Status report on CHORUS experiment at CERN. E. Arik et al. 1995. Prepared for 6th
Pisa Meeting on Advanced Detectors: Frontier Detectors for Frontier Physics, La Biodola,
Elba, Italy, 22-28 May 1994. Published in Nucl.Instrum.Meth.A360:254-257,1995.
23. The CHORUS experiment. By CHORUS Collaboration (D. Macina et al.). 1995.
Prepared for 4th International Workshop on Theoretical and Phenomenological Aspects of
Underground Physics (TAUP 95), Toledo, Spain, 17-21 Sep 1995. Published in
Nucl.Phys.Proc.Suppl.48:183-187,1996.
III. Autre publications
1. The LAGUNA design study- towards giant liquid based underground detectors for
neutrino physics and astrophysics and proton decay searches. By LAGUNA
Collaboration (D. Angus et al.). Jan 2010. 5pp. Contributed to European Strategy for
Future Neutrino Physics, CERN, Geneva, Switzerland, 1-3 Oct 2009. e-Print:
arXiv:1001.0077
2. The NOvA Technical Design Report. By NOvA Collaboration (D.S. Ayres et al.).
FERMILAB-DESIGN-2007-01, Oct 8, 2007. 600pp.
3. MEMPHYS: A Large scale water Cerenkov detector at Frejus. A. de Bellefon et al.
Jul 2006. 33pp. e-Print: hep-ex/0607026
4. UV light shower simulator for fluorescence and Cerenkov radiation studies. By
PIERRE AUGER Collaboration (P. Gorodetzky et al.). Jul 2005. 4pp. e-Print:
physics/0507138

5. NOvA: Proposal to build a 30 kiloton off-axis detector to study nu(mu) ---> nu(e)
oscillations in the NuMI beamline. By NOvA Collaboration (D.S. Ayres et al.).
FERMILAB-PROPOSAL-0929, Mar 2004. 213pp. Updated version of 2004 proposal.
Higher resolution version available at Fermilab Library Server. e-Print: hep-ex/0503053.
6. Letter of Intent to build an Off-axis Detector to study numu to nue oscillations with
the NuMI Neutrino Beam. D. Ayres et al. Oct 2002. 111pp. e-Print: hep-ex/0210005.
7. Proposal for hadron production measurements using the NA49 detector for use in
long-baseline and atmospheric neutrino flux calculations. M.G. Catanesi et al. CERN-
SPSC-2001-017, CERN-SPSC-P-322, May 2001. 25pp.
8. A Feasibility study of a neutrino source based on a muon storage ring. N. Holtkamp,
(ed.) et al. SLAC-REPRINT-2000-054, FERMILAB-PUB-00-108-E, Jun 2000. 158pp.
* Fermilab Library Only *. Submitted to Phys.Rev.ST Accel.Beams.
9. Expression of interest for R & D towards a neutrino factory based on a storage ring
and a muon collider. By Neutrino Factory and Muon Collider Collaboration (D. Ayres et
al.). FERMILAB-PUB-99-389, Nov 1999. 50pp. e-Print: physics/9911009.
10. The Hybrid Emulsion Detector for MINOS R&D Proposal. P. Adamson et al.
FERMILAB-PROPOSAL-0915, Apr 1999. 69pp.
11. The CHORUS neutrino oscillation search experiment. E. Eskut et al. CERN-PPE-96-
196, Dec 1996. 8pp. Talk given at 28th International Conference on High-energy Physics
(ICHEP 96), Warsaw, Poland, 25-31 Jul 1996. In *Warsaw 1996, ICHEP '96, vol. 2*
1278-1281.
12. A New search for muon-neutrino - tau-neutrino oscillation. By CHORUS
Collaboration (M. de Jong et al.). CERN-PPE-93-131, Jul 1993. 57pp.
IV. Conférences invitées
1. Th. Patzak, exposé invité à NNN11: “International Workshop on Next Nucleon Decay and
Neutrino Detectors”, Zurich, Switzerland, 7 - 9 November 2011, “MEMPHYS R&D and
Memphyno Results”.
2. Th. Patzak, exposé invite à 12th International Conference on Topics in Astroparticle and
Underground Physics, 5 – 9 September 2011, Munich, Germany. “LAGUNA-LBNO:
Large Apparatus studying Grand Unification and Neutrino Astrophysics and Long
Baseline Neutrino Oscillations”.
3. Th. Patzak, exposé invite à 12th International Conference on Topics in Astroparticle and
Underground Physics, 5 – 9 September 2011, Munich, Germany. “MEMPHYS: A next
generation megaton scale water Cherenkov detector in Europe”.
4. Th. Patzak, exposé invité à “6th International Conference on New Developments In
Photodetection 2011”, Lyon, France, July 4 - 8, 2011, “LAGUNA and LAGUNA-LBNO:
Future Megaton NeutrinoDetectors in Europe ».
5. Th. Patzak, leçon invitéé à “6th International Conference on New Developments In
Photodetection 2011”, Lyon, France, July 4 - 8, 2011, “Introduction to particle and
radiation interactions with matter”
6. Th. Patzak, exposé invite au FIFTH SYMPOSIUM ON LARGE TPCs FOR LOW
ENERGY RARE EVENT DETECTION, Paris, December 14 – 17, 2010. « LAGUNA :
Future Megaton Detectors in Europe »
7. Th. Patzak, exposé invité au 7th international workshop on Ring Imaging Cherenkov
detectors, Cassis, 2 – 8 Mai, 2010, “The MEMPHYS Project”.
8. Th. Patzak, exposé invité à NNN08: “International Workshop on Next Nucleon Decay and
Neutrino Detectors”, APC – Paris Diderot, Paris, 11 - 13 September 2008, “The European
Programme LAGUNA”.

9. Th. Patzak, leçon invitéé à “5th International Conference on New Developments In
Photodetection 2008”, Palais des Congrès, Aix-les-Bains, France, June 15-20, 2008,
“Introduction to particle and radiation interactions with matter”
10. Th. Patzak, exposé invité à « Les Journées du Neutrino France », LPNHE, Paris, 27 & 28
novembre 2003, « L’expérience MINOS et NuMI-OffAxis ».
11. Th. Patzak, exposé invité à Int. Workshop on large TPC, Collège de France, Paris, France,
décembre 2002, « Neutrino Phenomenology. Interest for a low threshold TPC. ».
12. Th. Patzak, exposé invité à Int. workshop NNN99, Stony Brook, USA, September 22 -26,
1999, "Status report on the HELLAZ solar neutrino experiment".
13. Th. Patzak, exposé invité à joint conference of TAUP99, Paris, France and JENAM99,
Toulouse, France, held in Toulouse, France, September 6 - 11, 1999, "The enigma of solar
neutrinos".
14. Th. Patzak, exposé invité à International Conference on High Energy Physics, ICHEP’98,
Vancouver, B.C., Canada, July 23-29, 1998, “Status report on the HELLAZ solar neutrino
experiment”.
15. Th.Patzak, exposé invité à International Europhysics Conference on High Energy Physics,
Jerusalem, Israel, August 1997, "The HELLAZ Solar Neutrino Experiment".
16. Th. Patzak, exposé invité à "Congrès de la Société Française de Physique", SFP97, Paris,
France, Juillet 1997, "L'expérience neutrino solaire: HELLAZ".
17. Th. Patzak, exposé invité à XVI International Workshop on Weak Interactions and
Neutrinos (WIN97), Capri, Italy, June 22-28, 1997, “The HELLAZ Solar Neutrino
Experiment”.
18. Th. Patzak et al., Collaboration CHORUS, “Das CHORUS Experiment zur Suche nach
νµ −> ντ Oscillation”, Frühjahrstagung der DEUTSCHEN PHYSIKALISCHEN
GESELLSCHAFT, Fachverband Teilchenphysik, März 1996, Verhandl. DPG (VI)31,
468, 1996.
19. Th. Patzak et al., Collaboration CHORUS, “Das experimentelle Konzept des CHORUS
Experimentes”, Frühjahrstagung der DEUTSCHEN PHYSIKALISCHEN
GESELLSCHAFT, Fachverband Teilchenphysik, März 1995, Verhandl. DPG (VI)30,
516.
20. Th. Patzak, exposé invité à International Conference on High Energy Physics, ICHEP’94,
Glasgow, UK, July 1994, “Design and Performance of the CHORUS detector”.
V. Séminaires
1. Th. Patzak, Humboldt University of Berlin, “Concept of the CHORUS experiment”,
December 1993.
2. Th. Patzak, Humboldt University of Berlin, “Kinematical event selection in the CHORUS
experiment”, May 1995.
3. Th. Patzak, NIKHEF, Amsterdam, “The CHORUS Experiment - a New Search for
νµ → ντ Oscillation”, April 25, 1996.
4. Th. Patzak, PCC Collège de France , “The CHORUS Experiment - a New Search for
νµ → ντ Oscillation”, 9 mai 1996.
5. Th.Patzak, “Ecole Polytechnique”, Paris, France, “L’expérience HELLAZ - la mesure de
spectre des neutrinos p-p et 7 Be”, Avril 1998.
6. Th.Patzak, Brookhaven National Laboratory, USA, “The HELLAZ solar neutrino
experiment and the measurement of the spectrum of νpp and νBe”, August 1998.
7. Th.Patzak, “CEA / DAPNIA”, Saclay, France, “L’expérience HELLAZ - la mesure de
spectre des neutrinos p-p et 7 Be”, Septembre 1998.

8. Th.Patzak, Brown University, USA, “The HELLAZ solar neutrino experiment”,
Novembre 1999.
9. Thomas Patzak, LLR Ecole Polytechnique, France, « Neutrinos – retour vers le futur »,
Janvier 2004.
10. Thomas Patzak, Université Paris Diderot, « Les Oscillations du Neutrino », Mai 2008.
11. Thomas Patzak, Technische Universität München, « MEMPHYS a next generation
neutrino detector », Septembre 2010.
VI. Grand Public
1. Dossier de presse pour le nouvel observateur sur la mesure des oscillations du neutrino par
l’expérience MINOS (2006).
2. Article dans « La Recherche » (N° 398 | 01/06/2006) sur les résultats de l’expérience
MINOS.
3. Conférences grand public et interventions dans les écoles dans le 15 ème et 16 ème
arrondissement de Paris
4. Communiqué de presse Paris-Diderot pour le lancement de LAGUNA-LBNO 2011.
5. Communiqué de presse Paris-Diderot sur l’école de Gif 2011.
6. Interview online Paris Diderot 2011.

Publication 1
Références : The CHORUS experiment to search for muon-neutrino --> tau-neutrino oscillation.
By CHORUS Collaboration (E. Eskut et al.). Published in Nucl.Instrum.Meth.A401:7-44,1997.
Résumé:
L'expérience CHORUS est ma première expérience d'oscillations neutrino. A la fin des année 80 et
début 90, les neutrinos étaient les candidats favoris pour les théories de matière noire chaude.
L'expérience CHORUS fut conçue pour voir des oscillations neutrino avec un ∆m 2 d'environ10 eV 2 .
L'appareillage, installé au CERN dans le faisceau de neutrinos µ regardait l'apparition des neutrinos τ
dans le détecteur. La détection d'un tel neutrino par sa réaction en courant chargé est un challenge de
par sa vie très courte. Nous avons utilisé comme cible des émulsions nucléaires et un "tracker" de
haute précision autour du vertex. Cette publication décrit en detail le dessin et les performances du
détecteur. Les émulsions ont l'inconvénient d'intégrer tous les événements durant la durée
d'exposition. Des milliers de traces sont stockées dans la région cible et si on ne disposait pas
d'informations supplémentaires, le signal ne pourrait être reconstruit. Pour retrouver les événements
intéressants dans une émulsion, un système de suivi des traces par détection calorimétrique
(électromagnétique et hadronique) de même que des spectromètres à muons furent développés. En
fait, les événements sont reconstruits de l'arrière vers l'avant. Par exemple, en partant d'un muon
reconstruit dans le spectromètre à muons (moment et charge), la trace en 3D est projetée à travers
les calorimètres électromagnétiques et hadroniques sur son point de sortie dans les émulsions.
Plusieurs couches de "trackers" à fibres scintillantes et des feuilles spéciales d'émulsion étaient
utilisées. Enfin, le vertex prédit est envoyé dans le scanneur d'émulsions pour étudier une surface de
200 x 200 µm2. A partir de là on trouve le vrai vertex et la reconstruction de l'événement terminent
l'analyse. Le signal attendu pour ce type d'événement doit être une courte trace du τ qui peut être
reliée au vertex primaire. Pendant ma thèse, j'étais responsable de la construction du spectromètre à
muons et j'ai développé le programme de "tracking" et de reconstruction du moment et de la charge
du muon, utilisé dans l'analyse finale de CHORUS. J'ai aussi beaucoup contribué au développement
de la lecture des fibres optiques en utilisant divers types d'intensificateurs de lumière et des cameras
CCD. Ce travail fut récompensé par le prix Leopoldina de l'académie allemande des sciences. Ces
deux développements forment une contribution majeure à cette publication.
Publication 2
Références : Observation of tau neutrino interactions. By DONUT Collaboration (K. Kodama et
al.). Published in Phys.Lett.B504:218-224,2001.
Résumé:
La motivation de réaliser l'expérience DONUT provenait de ce que le neutrino tau n'avait pas été
observé après la découverte par Perl et al. du lepton tau chargé, en 1975. Ce manque de preuve
expérimentale de l'une des particules élémentaires du modèle standard faisait désordre. L'idée sousjacente
est de détecter le neutrino tau via sa réaction courantt chargé sur les nucléons comme il a été
fait avant par Reines et Cowan en 1956 pour le neutrino électronique et par Lederman, Schwartz et
Steinberger en 1962 pour le neutrino muonique. L'expérience du Fermilab DONUT a été conçue pour
observer les interactions courant chargé du neutrino tau en identifiant le lepton tau en tant le seul
lepton créé au niveau du vertex. Aux énergies de neutrinos dans cette expérience, le tau se
désintègre généralement moins de 2 mm de sa création en une unique particule chargée (86% de
rapport de branchement). La signature du lepton tau est une trace coudée, ce qui signifie une
désintégration caractérisée par un moment transverse grand. Les émulsions nucléaires ont été
utilisés, comme dans l'expérience CHORUS, pour localiser et identifier ces désintégrations. Un
spectromètre pour particules chargées pouvant identifier des électrons et des muons a fourni des
informations supplémentaires. En fait Chorus a été "malchanceux" de ne pas détecter le neutrino tau,
car les oscillations ne prennent pas place dans l'espace des paramètres accessibles à l'expérience.
DONUT, par contre, a été placé dans un faisceau de neutrinos tau. La plupart des neutrinos tau ont

été produits par la désintégration des mésons charmés créés dans l'interaction de protons de 800
GeV avec le tungstène de l’arret du faisceau. La cible d'émulsion était basée sur la technologie des
chambres à nuage d'émulsion (ECC) qui est un sandwich d'une plaque en acier inoxydable entre deux
feuilles d'émulsion, comme dans l’expérience Chorus. La stratégie de reconstruction des événements
était similaire à celle de Chorus, en allant de l'aval vers le point d'interaction. Pour 898 candidats
neutrino, 499 événements ont été numérisés. Après un alignement final et l'application de coupures
cinématiques, la recherche a été effectuée pour 203 événements. A la fin nous avons trouvé 4
événements qui sont compatibles avec la signature d'un lepton tau avec un fond de 0,35 évènements
et nous en avons conclu la première observation directe du neutrino tau. On comprend bien que mon
entrée dans cette expérience été motivée par mon expérience sur Chorus. J'ai contribué à l'analyse
des données avec un programme pour relier les données du détecteur électronique à la partie
d'émulsion et dans l’inspection des événements à l'oeil afin d'évaluer l'efficacité et le bruit de fond de
l’expérience.
Publication 3
Références : Observation of muon neutrino disappearance with the MINOS detectors and the
NuMI neutrino beam. By the MINOS Collaboration (D.G. Michael et al.). Published in
Phys.Rev.Lett.97:191801,2006.
Résumé:
Cette lettre décrit les résultats de physique de l'expérience MINOS à Fermilab. MINOS a été mon
expérience la plus récente en recherche des oscillations neutrino, de 1999 jusqu'en Décembre 2010.
La motivation de physique ici est de prouver expérimentalement l'hypothèse de l'oscillation pour
expliquer le déficit de neutrinos atmosphériques. En fait SuperKamiokande a vu un net déficit en
neutrinos muoniques originaires de l'interaction des rayons cosmiques avec l'atmosphère terrestre.
Depuis, en même temps qu'ils ne voyaient pas d' excès de neutrinos électroniques, ce résultat a été
interprété comme des neutrinos muoniques transformés en neutrinos tau (oscillations non détectables
par SuperKamiokande). L'expérience MINOS mesure la disparition de neutrinos muoniques dans un
faisceau de neutrinos muoniques produits au Fermilab et envoyés à 730 km vers le détecteur MINOS
située sous terre dans la mine Soudan. Dans le formalisme des oscillations de neutrinos, l'espace des
paramètres ∆m 2 et sin 2 2θ23, pertinents pour les neutrinos atmosphériques, est accessible à
l'expérience. MINOS est composé de deux détecteurs un à proximité de la production de neutrinos et
d'un détecteur lointain à une distance de 730 km. Le spectre mesuré à l'emplacement proche est
comparé au spectre mesuré à l'emplacement loin. L'énergie correspondant au premier maximum de
l’oscillation donne la valeur de ∆m 2 et l'amplitude de la suppression du spectre est l'amplitude de
l'oscillation, sin 2 2θ23. Dans cette publication, environ 10 6 événements ont été analysés dans le
détecteur proche et 215 événements de la réaction courant chargé de neutrinos muoniques dans le
détecteur lointain. Ensemble avec mon étudiant, Rodolphe Piteira, nous avons contribué à cette lettre
d'un côté en participant à la construction du détecteur lointain dans la mine Soudan et d'autre part en
développant un programme d'analyse de reconstruction des événements quasi-élastique dans le
détecteur. Ce sous-groupe d'événements est particulièrement propre car une seule trace de particule
chargée est vue dans le spectromètre. La reconstruction de l'énergie de l'événement est donc très
précise. Cela permet une vérification croisée de l'analyse, l'évaluation des erreurs systématiques et la
comparaison du rapport obtenu jusqu'ici à l'égard de l'analyse globale. Le programme développé fait
maintenant partie du code de l'analyse de l'expérience MINOS. Le résultat indiqué dans la lettre
présentée montre que les données sont cohérentes avec la disparition νµ via oscillations avec |∆m 2
32|
=2.74 +0.44
−0.26 x 10 −3 eV 2 /c 4 et sin 2 (2θ23) > 0.87 (68% C.L.). Ce résultat reste à ce jour la meilleure limite
du monde.
Publication 4
Références : The Magnetized steel and scintillator calorimeters of the MINOS experiment. By the
MINOS Collaboration (D.G. Michael et al.). Published in Nucl.Instrum.Meth.A596:190-228,2008.
Résumé:
Ceci est la deuxième publication d'importance consacrée à l’expérience MINOS (Main Injector
Neutrino Oscillation Search), conçue pour effectuer des mesures précises des paramètres de
l'oscillation des neutrinos de la disparition νµ utilisant un accélérateur de protons pour produire un
faisceau de neutrinos muoniques. MINOS utilise deux détecteurs, appelés «proche» et «lointain»,

pour mesurer les différences de composition d'un intense faisceau de neutrinos du Fermilab, sur une
distance entre le détecteur proche et le lointain de 735 km. Les deux détecteurs sont conçus pour être
aussi indentiques que possible de sorte que de nombreux effets systématiques de leurs réponses
seront annulés dans les comparaisons des événements neutrino entre eux. Le document décrit les
détecteurs MINOS de façon très détaillée. Quand j'ai rejoint l'expérience en 1999, elle était au début
de son développement et un effort très excitant et intense a commencé. Dès que le type de détecteur
(un sandwich fer aimanté - scintillateur a été adopté, nous avons développé la façon de le construire.
Dans les premiers jours j'ai aussi travaillé sur une proposition du groupe de compléter le détecteur
lointain avec un détecteur muni d' émulsions nucleaires à la Chorus et Donut pour observer
directement l'apparence du neutrino tau. Cette proposition n'a pas été acceptée parce que les
finances ne le permettaient pas. Par ailleurs, dans le programme de R & D pour MINOS, nous avons
commencé par l'optimisation des lattes de scintillateur plastique, leur lecture par une fibre optique
couplée à des photomultiplicateurs multi-anodes de Hamamatsu. Le système de scintillateur MINOS
se compose d'environ cent mille bandes extrudées de scintillateur polystyrène, chacune faisant 4,1
cm de large, 1,0 cm d'épaisseur et jusqu'à 8m de long, la surface totale de ce système étant de 28000
m 2 . La lecture de ces scintillateurs se fait par des fibres scintillantes choisies par opposition à une
lecture directe du scintillateur en raison d'un avantage de près de 22 :1 en coût. La plupart des
économies de coût provient de l'utilisation des fibres dont la longueur d'onde d'absorption est plus
faible que celle de réémission, en anglais "wave length shifter (WLS)", pour canaliser la lumière vers
les pixels des photomultiplicateurs.Une fibre WLS parcourt le centre de la face large de chaque bande
et recueille la lumière provenant de toute la bande, conduisant à une réduction de la superficie
photocathode (par rapport à lecture directe scintillateur) par un facteur de plus de 300. La sommation
optique de la lecture des fibres WLS dans le détecteur lointain conduit à une économie des coûts
supplémentaires à la suite d'une réduction du nombre de PMT et de canaux associés électroniques.
J'ai contribué à cette partie en participant à la construction d'un prototype à l'Argonne National Lab.
Toutes les étapes de l'assemblage, y ont été testées, du collage des fibres dans les bandes de
scintillateur jusqu'à la manutention et l'emballage et l’assemblage sur les plaques d'acier. Le groupe
de l'Université Tufts a été en charge de la production du fraisage précis des bandes de scintillateur.
J'ai écrit le programme pour une machine de fraisage 3D pour la production de masse à Tufts.
Le détecteur de MINOS est constitué de 486 plaques d'acier, chacune construite de huit plaques
individuelles, plus petites, pour être compatible avec l’accès restreint de la mine. Tous les composants
du détecteur ont été déplacés à travers le puits de la mine souterraine existante, les dimensions et
poids devant être limités à 5.5 tonnes au plus. Chaque élément d’acier de 8 m en diagonale a été
construite sous terre par soudure et rassemble huit plaques de 2m de large et 1,27 cm d'épaisseur.
Après avoir fixé les modules des bandes de scintillateur d'un côté, les éléments ont été montées à la
verticale avec un espacement centre à centre de 5,95 cm. La masse totale est de 5500 tonnes.
L'ensemble du détecteur est magnétisé avec une bobine centrale de 1,4 T. En collaboration avec mes
élèves, nous avons contribué à la construction du détecteur à la cartographie du champ magnétique.
La connaissance précise du champ est très important pour la reconstruction du moment et la charge
du muon.
Publication 5
Références : Large underground, liquid based detectors for astro-particle physics in Europe:
Scientific case and prospects. D. Autiero et al. May 2007. 29pp. Published in JCAP 0711:011,2007.
Résumé:
Ce document doit être considéré comme le fondement de la collaboration européenne LAGUNA (gros
appareils pour Grand Unification et astrophysique des neutrinos) et LAGUNA-LBNO (gros appareils
pour Grand Unification et astrophysique des neutrinos et Long Baseline Neutrino Oscillation).
Aujourd'hui la physique des neutrinos est un des domaines les plus dynamiques de la recherche en
physique des particules fondamentales et en astrophysique. La prochaine génération de détecteurs
de neutrinos se penchera sur les deux aspects: les propriétés fondamentales des neutrinos, comme la
hiérarchie de masse, l'angle de mélange θ13 et la phase de CP ainsi qu'à l'astronomie des neutrinos
solaires de faible énergie, la mesure des neutrinos atmosphériques et de ceux des supernovae.
Enfin, la durée de vie limitée du proton, qui est la prédiction importante de la plupart des théories de
grande unification, sera testée avec au moins un ordre de grandeur de gain par rapport aux limites
actuelles. Un Observatoire de neutrinos moderne aura besoin d'un énorme détecteur à l'échelle
mégatonnes qui à son tour doit être installé dans un nouveau laboratoire souterrain international,
capable d'accueillir un tel détecteur. La contribution spécifique par mon groupe à cet article est lié à

l'évaluation de la performance physique d'un grand détecteur Cherenkov à eau: MEMPHYS et la
proposition d'un emplacement de ce nouveau laboratoire: le tunnel du Fréjus.
Les performances des trois options pour le détecteur (Glacier: argon liquide, Lena: scintillateur liquide
et MEMPHYS) sont comparés. Différents emplacements possibles dans toute l'Europe ont été
identifiés dans le document. Le papier est l'apport scientifique à proposition LAGUNA et LAGUNA-
LBNO FP7 qui ont été acceptés et financés par la Commission européenne.

Responsabilités pédagogiques exercées au cours des 5
dernières années
Titre du cours, TD, TP hTD
2003 - 2008 Cours « Physique du Neutrino », M2, NPAC 40
2003 - 2008 TD et TP physique subatomique, Licence 96
2003 - 2009 Responsable du Master-Pro « Photodétection » 60
2005 - 2009 Cours « Introduction à la détection des particules et du rayonnement », M2 pro
« Photodétection »,
60
2005 - 2009 TP « Physique des détecteurs » M2 pro « Photodétection » 120
2010 - Responsable de l’UE « Initiation à la physique nucléaire et ses applications » (équipe 12
pédagogique : 3 PR et 2 MCF)
2010 - Cours « Introduction à la physique subatomique et ses applications » 24
2010 - TP pour l’UE « Initiation à la physique nucléaire et ses applications » 36
2010 Cours/TP Physique subatomique M1 Magistère P7 36
ν τ

Responsabilités administratives exercées au cours des 5
dernières années

DEMANDE D'UN CONGÉ POUR RECHERCHES OU CONVERSIONS THÉMATIQUES
AU TITRE DE L’ETABLISSEMENT
ANNÉE 2012 – 2013
---------------------------------------------
(DEMANDE A REMPLIR PAR L’ENSEIGNANT-CHERCHEUR, EN DOUBLE EXEMPLAIRE)
Établissement d’affectation : Université Paris Diderot
Composante : UFR de Physique / Laboratoire MPQ
NOM patronymique : RICOLLEAU……………………. Nom marital : …………………………………....
Prénoms : Christian…………………………………… Date de naissance : 20..../…01…./…1…….
Corps : Professeur ……………… Grade : PR1………. Emploi occupé n° : ………. Section du CNU : 28.
J’ai l’honneur de demander un congé pour :
Recherches Conversions thématiques Recherches et conversions thématiques
Au titre de la section du Conseil national des universités n°…28…………… (2)
Intitulé (2) Milieux denses et matériaux
D’une durée d’un semestre (1) ou d’une année (1)
Par période de six ans passée en position d’activité ou de détachement.
Responsabilités collectives ou Enseignements nouveaux ou pratiques pédagogiques innovantes
ou d’une durée d’un semestre, suite à congé de maternité (1) ou congé parental (1)
Congé obtenu du : …..…/……./………….. au …..…/……./……...... (3)
Indiquez la date de début du congé : …1.…./…09.…./…2012……., au titre du projet présenté ci-joint.
CRCT déjà obtenu (s) : Jamais bénéficié d’un CRCT…Dates : …………………………………………..
A PARIS…………………………………………………………le 4 mai 2012
Signature de l’enseignant –chercheur Visa du directeur d’UFR
(1) Cocher la rubrique concernée.
(2) Préciser le numéro et l’intitulé. La demande doit correspondre à la section à laquelle l’enseignant-chercheur
appartient ainsi que le projet qui s’y rapporte, cependant la section peut-être différente de sa section de
rattachement.
(3) Le justificatif du congé signé par l’administration doit accompagner la demande.
AVIS DU CHEF D’ÉTABLISSEMENT Date et signature
1

Demande de CRCT
Christian RICOLLEAU
Année universitaire 2012 - 2013
Projet de recherches / Motivation 3
Curriculum vitae 5
Résumé de l’activité scientifique 8
Publications 2006 – 2011 11
Pages

Projet de recherches / Motivations
Demande de CRCT de Christian Ricolleau
Année 2012 / 2013
L’installation du microscope électronique de dernière génération à MPQ s’est terminée en juillet
2011. Nous sommes maintenant entrés dans la phase d’exploitation de l’instrument et du
développement des projets de recherche.
D’autre part, sur la période 2008-2012, j’ai été membre du comité national du CNRS en section
05. Depuis 2011, le CNRS accorde systématiquement une délégation aux enseignants / chercheurs
membre du comité national pour tenir compte du travail supplémentaire (qui représente 2 mois
temps plein par an) engendré par nos travaux en commission. J’ai pu bénéficier de cette délégation
en 2011-2012 mais pas pour l’année universitaire 2012-2013 car mon dossier n’est pas parvenu
entre les mains du CNRS, alors qu’un contingent de délégations nous est réservé. Pour cette raison
mais surtout pour démarrer les projets scientifiques autour du Super TEM et de la plateforme de
microscopie avancée de l’université Paris Diderot, je demande un congé de recherches de 6 mois
au niveau de l’université. Notez bien que je conserve 1/2 service d’enseignement pour assurer la
responsabilité de la licence professionnelle Analyse des matériaux ainsi que les enseignements de
spécialité en science des matériaux qui sont liés à cette licence. Ainsi, je ne mets pas l’UFR de
physique dans l’embarras de me remplacer au pied levé.
Enfin, je suis coordinateur d’un projet ANR Blanc portant sur la caractérisation structurale ultime
de nanoparticules bimétalliques d’AuPd et IrPd pour la compréhension des mécanismes
élémentaires de réactivité.
Au cours de l’année 2012-2013, mon activité de recherche se focalisera sur les deux aspects
principaux suivants :
- d’une part, le développement de la plateforme de nanotechnologies, principalement en
participant à l’accueil des équipes extérieures, soit via le réseau national METSA soit via des
collaborations.
- d’autre part, la caractérisation structurale ultime de nanoparticules bimétalliques d’AuPd et IrPd
pour la compréhension des mécanismes élémentaires de réactivité.
Dans ce projet, nous proposons d'étudier, par différentes méthodes expérimentales et à l'aide
d'un soutien théorique, des nanoparticules (NPs) d'alliage or-cuivre supportées sur surfaces
d'oxyde, afin de relier leurs propriétés structurales, morphologiques et électroniques ainsi que leur
distribution atomique, à leurs propriétés catalytiques et optiques, en fonction de leur taille et
composition, et de la nature de l’environnement gazeux. L'intérêt du système Au-Cu est :
(1) d'une part qu'il peut être considéré comme un alliage modèle à l'état massif :
- une solution solide (Au,Cu) CFC désordonnée à haute température,
- trois composés ordonnés à basse température : Au3Cu, AuCu et AuCu3,
- des numéros atomiques très différents permettant de distinguer facilement les deux types
d'atomes en microscopie (analyses chimique par EDX et analyse structurale…),
(2) d'autre part qu'en catalyse, des effets de synergie peuvent être apportés par les deux métaux.
Pour comprendre ces effets synergétiques, la distribution des atomes au sein des NPs et en
surface (cœur-coquille, alliages ordonnés ou désordonnées, ségrégation de phases) est l'un des
3

points-clés à étudier, notamment sous environnement gazeux en milieu réactionnel. Celle-ci
devrait dépendre de nombreux paramètres (composition globale, taille des NPs, température,
interaction avec le substrat, interaction avec les gaz environnants...). Deux réactions types seront
testées sur les NPs Au-Cu et comparées aux résultats obtenus sur les NPs d'Au : l'oxydation du CO
(ainsi qu'en présence d'hydrogène) et l'époxydation du propène sous mélange H2 et O2.
Les questions auxquelles nous souhaitons répondre dans ce projet sont :
- quelles sont les caractéristiques physiques des NPs Au-Cu, selon les méthodes d'élaboration
et les conditions expérimentales (support, température, environnement gazeux ou vide...)
- comment évolue le diagramme de phase lorsque la taille des objets est nanométrique et que
ceux-ci interagissent avec un substrat et un environnement gazeux ? Peut-on déterminer la nature
des atomes de surface ?
- les NPs évoluent-elles sous gaz (CO, H2 et O2...) et/ou pendant les réactions catalytiques, et
dans ce cas de manière réversible ou non (ségrégation en surface, changement de morphologie,
frittage) ?
- quels liens peut-on établir entre les propriétés catalytiques de ces NPs et leurs
caractéristiques physiques déterminées sous gaz ?
- quelle est la relation entre structure (atomique, chimique et morphologique) et propriétés
électroniques et optiques (LDOS théorique comparée aux mesures STS, spectres d’absorption
comparés aux mesures d’absorption UV et visible) ?
Pour répondre à ces questions, nous aurons quatre défis majeurs à relever :
- "voir" les atomes de surface d'une NP Au-Cu sous vide par microcopie à très haute
résolution,
- identifier les atomes de surface des NPs sous gaz,
- suivre les changements des propriétés structurales, morphologiques et électroniques des NPs
sous gaz et pendant les réactions,
- corréler ces changements de propriétés sous gaz aux propriétés catalytiques, voire aux effets
de synergie.
L'originalité de notre démarche est double :
- par sa multidisciplinarité, c'est-à-dire la combinaison d'approches expérimentales physiques
(élaboration, microscopies, diffraction, optique) et d'approches expérimentales chimiques
(élaboration, réactivité, catalyse), complétées par une approche théorique (Monte-Carlo,
dynamique moléculaire).
- par l'utilisation d'outils expérimentaux de haute performance et peu répandus même au
niveau mondial, travaillant sous vide ou sous gaz, permettant, d'une part des études structurales
très fines sous vide avec le microscope électronique à transmission (UHR-TEM) corrigé des
aberrations de MPQ, possédant plusieurs modes d'études (notamment la spectroscopie de rayon X
: EDX), d'autre part des études structurales sous gaz réactif, avec le microscopie électronique
environnementale à transmission (ETEM) au CINaM, la microscopie à effet tunnel
environnementale (ESTM) et la diffraction des rayons X environnementale (EXRD) à l'INSP. Ces
études structurales seront confrontées aux études de réactivité catalytique (tests catalytiques,
réactivité sous jets effusifs pulsés permettant de déterminer la cinétique des réactions,
spectroscopie infrarouge de CO adsorbé permettant l'identification des atomes de surface), aux
études électroniques et optiques sous gaz réactifs, par spectroscopie optique in situ (SDRS et
DDRS), spectroscopie à effet tunnel environnemental (ESTS), XPS environnemental et aux

2002
1993
1992
1989
Depuis 2008
Depuis 2004
Depuis 2000
Depuis 1994
simulations numériques de la structure et propriétés électroniques et optiques des NPs. La
complémentarité des compétences des physiciens spécialistes dans leurs domaines et capables de
tirer un maximum d'informations de leurs techniques (microscopie, diffraction, optique,
simulation) et de chimistes reconnus dans le domaine de la catalyse hétérogène est un atout de
poids pour la réussite de ce projet.
Pour essayer de combler ce qu'on appelle le "material gap" entre les études en catalyse "réelle"
(élaboration chimique et études sur poudres) et la catalyse "modèle" (élaboration par évaporation
et études sur monocristaux), les NPs Au-Cu seront élaborées par plusieurs méthodes physiques et
chimiques, en faisant varier leurs caractéristiques, afin de déterminer l'influence de leurs modes
d'élaboration sur leurs propriétés. Les différents types de NPs seront déposées aussi bien sur les
surfaces planes (monocristaux) que sur les surfaces divisées (poudres) de deux substrats oxydes
dont nous avons déjà la maîtrise au niveau de la préparation, et qui présentent l'intérêt de conduire
à de bons et moins bons catalyseurs : TiO2 et Al2O3.
CurriculumVitaedeChristianRICOLLEAU
Tel : 01 57 27 62 45 E-mail : Christian.Ricolleau@univ-parisdiderot.fr
Fax : 01 57 27 62 41 Mobile : 06 83 09 73
86
TITRES ET DIPLOMES
Habilitation à diriger des recherches de l’Université Paris 7 – Denis Diderot
Croissance et propriétés structurales d’agrégats semi-conducteurs et métalliques sur des
surfaces
Post-doctorat à l'O.N.E.R.A. sur l'étude de l'influence d'éléments d'addition ternaires (C,
Mo, Nb, Cr) sur les propriétés mécaniques d'alliages à base de TiAl.
Thèse de Doctorat effectuée au Laboratoire d’Etude des Microstructures (L.E.M.) -
Unité mixte CNRS/ONERA : Etude des parois d'antiphase dans les alliages Cu3Pd et
Fe3Al à l'approche de la transition ordre-désordre, sous la direction de A. Loiseau et F.
Ducastelle
DEA de Science des Matériaux (mention AB)
Université Paris VI (Pierre et Marie Curie) et Supélec.
EXPERIENCE PROFESSIONNELLE
Directeur du GDR Nanoalliages (GDR 3182 – CNRS)
Membre élu du Comité National du CNRS – Section 05
Professeur à l'Université Paris 7 - Denis Diderot
Responsable de l’équipe MN2P au laboratoire Matériaux et Phénomènes
Quantique (MPQ), UMR CNRS / Université Paris Diderot.
Maître de Conférences à l'Université Paris 7 - Denis Diderot.
5

THEMES DE RECHERCHE
Transition de phase ordre/désordre dans les nanoalliages, Croissance et propriétés structurales de
nano-objets bimétalliques, Microscopie électronique quantitative : haute résolution, diffraction,
tomographie et imagerie chimique filtrée en énergie.
ENSEIGNEMENT
- Structure et propriétés mécaniques des matériaux (Master 2 Ingénierie Physique des
Energies)
- Propriétés mécaniques des matériaux (LPRO Technique Physique des Energies et LPRO
Analyse des matériaux)
- Diffraction des rayons X et Microscopie électronique (LPRO Analyse des matériaux)
- Structure et propriétés physiques des matériaux (L3 Physique de la Matière et ses
Applications)
PRODUCTION SCIENTIFIQUE
61 publications dans des RICL (Nombre de citations : 1277, Taux de citation moyen par article :
20.93, H facteur = 21), 11 articles dans des proceedings avec comité de lecture, 3 chapitres de
livre, 3 brevets, 53 communications dans des conférences nationales et internationales, 9
conférences invitées.
DISTINCTION ET PRIX
Lauréat du prix Pierre Favard de la Société Française des Microscopie en 1993.
RAYONNEMENT SCIENTIFIQUE
a) Collaborations internationales (2004 - 2010)
Collaboration avec le Département Recherche de la société JEOL – Akishima – Tokyo (Japon), T.
Oikawa – Directeur du laboratoire d’applications de JEOL.
Thème de la collaboration : Microscopie électronique tomographique quantitative et imagerie
filtrée sur des nano-objets métalliques.
Programme d’échange bilatérale CNRS - Consejo Nacional de Ciencia y Tecnologia en
collaboration avec Emmanuel Haro-Poniatowski du Laboratoire d’Optique Quantique de
l’université de Mexico.
Thème de la collaboration : Contrôle de la morphologie et de l’organisation de nanostructures
métalliques sur des surfaces diélectriques obtenues par irradiation laser sous champ
électromagnétique structuré.
Programme d’échange bilatérale EGIDE en collaboration avec Ziyou Li et Roy Johnston du
Nanoscale Physics Research Laboratory de l’Université de Birmingham (UK).
Thème de la collaboration : Synthèse de nanoparticules cœur-coquilles et étude par microscopie
électronique en transmission.
b) Expertise
Depuis la création de l’ANR, j’expertise régulièrement des projets (entre 3 et 5 par an) pour les
programmes Jeunes Chercheurs, Jeunes Chercheuses, Blancs et Pnano.
En janvier 2010, j’ai été nommé membre suppléant du Management Committee du programme
COST : NANOALLOY – Nanoalloys as Advanced Materials : From Structure to Properties
and Applications

c) Jurys de thèse et d’HDR
Au cours de ces 5 dernières années, j’ai participé à différents jury de thèse : David Le Floc’h
(Laboratoire de Physique des Solides, ONERA), Virginie Dureuil (LMCP, CNRS / Universités
Paris 6/7), Sophie Besson (LPMC, Ecole Polytechnique), Johann Toudert (LMP, CNRS /
Université de Poitiers), Sébastien Fagot (LPS, CNRS, Université Paris 11), Florence Lequien
(LCP, CNRS, Université Paris 11), Eric Le Moal (MPQ, Université Paris 7) et Yannick Goulam
(MPQ, Université Paris 7).
J’ai aussi participé à plusieurs jurys d’HDR : Nicolas Menguy (IMPMC, Université Paris 6),
Emmanuel Cottancin (LASIM, Université Lyon 1), Pascale Bayle-Guillemaud (MINATEC,
Université Joseph Fourier) et David Babonneau (PHYMAt, Université de Poitiers).
RESPONSABILITES SCIENTIFIQUES
Au niveau national, je suis directeur du GDR « Nanoalliages » (GDR 3182) nouvellement crée
par le CNRS en 2008. Je suis secondé dans ce travail de direction et d’animation scientifique par
Christine Mottet (CRMC-N, Marseille) qui est directrice adjointe. Ce GDR fédère, au niveau
national, l’ensemble des équipes qui travaillent sur les nanoparticules d’alliages bi-métalliques et
qui s’intéressent à leur croissance, leur structure, leurs propriétés thermodynamiques ainsi qu’à
leur propriétés physiques et chimiques (magnétisme, optique, catalyse).
En 2010, j’organise une école thématique sur la thermodynamique, la structure et les propriétés
des nanoalliages qui se tiendra à Fréjus du 30 mai au 8 juin prochain.
En 2009, j’ai été président de la conférence de microscopie électronique SFµ2009. Ce
congrès a lieu tous les deux ans et réunit l’ensemble de la communauté des microscopistes
française. Il s’est déroulé du 22 au 26 juin 2009 à l’Atrium sur le campus Jussieu. J’ai également
animé le comité scientifique de ce congrès.
J’ai également organisé une réunion plénière commune aux GDR Or-Nano et Nanoalliages qui
s’est tenue à Dijon du 3 au 5 novembre.
En 2008, j’ai organisé la première réunion plénière du GDR Nanoalliages à Oléron du 8 au 10
juin.
Sur la période 2008 – 2010, je suis responsable du nœud MPQ de l’ANR PNANO ETNNA :
Effet de Tailles Nanométriques dans les Alliages Anisotropes dont le coordinateur est Véronique
Pierron-Bohnes de l’IPCMS à Strasbourg.
En 2006, j’ai fait parti du comité scientifique du 10 ème congrès de la SFµ qui s’est déroulé à
Grenoble du 5 au 8 juin 2007. En 2005, (i) j’ai fait parti du comité scientifique des 20 ème
journées Surfaces-Interfaces qui ont été organisées à Marseille du 1 er au 3 février 2006 et (ii) j’ai
été nommé expert à l’Observatoire des Micro et Nano Technologies (OMNT). Cet observatoire
(unité mixte CEA/CNRS) assure une veille scientifique dans différents domaines des
nanosciences.
Au sein du laboratoire MPQ, je suis membre du Conseil Scientifique depuis 2000, date de
création du laboratoire et depuis 2009, je suis adjoint à la directrice du laboratoire, Sylvie
Rousset, pour les questions de personnels ITA et BIATOS.
7

Au niveau de l’université Paris 7 – Denis Diderot, j’ai été membre du CEVU entre 2004 et
2007 et j’ai fait partie de la commission des moyens. Cette commission est chargée de l’arbitrage
des crédits d’équipements et de fonctionnements pédagogiques pour l’ensemble de l’université.
Au niveau de l’UFR de Physique de Paris 7, j’ai été membre du conseil d’UFR pendant la même
période.
Au niveau de l’université, je suis actuellement responsable de la plateforme de microscopie
électronique. Ce projet est maintenant finalisé et entre dans la phase d’installation du microscope
sur le campus de Paris 7. Cet instrument sera mutualisé au sein de la communauté de
microscopistes de la région parisienne à travers le réseau RIME (Réseau Ile de France de
Microscopie Electronique) et au niveau national à travers le réseau METSA dont le coordinateur
est Etienne Snoeck du CEMES à Toulouse.
Résumé de l’activité scientifique
Christian RICOLLEAU – Demande de CRCT 2012/2013
a) Nanoparticules de CoPt : effet de taille sur la transition de phase ordre désordre
Thèse : Damien Alloyeau
Collaborations :
A. Loiseau, Y. Le Bouar – LEM (Unité mixte CNRS/ONERA)
C. Mottet – CINaM (CNRS, Universités Aix-Marseille II et III)
V. Pieron-Bonhnes – IPCMS (CNRS, Université Louis Pasteur)
A l’état massif, l’alliage CoPt présente une transition de phase ordre désordre entre une
phase quadratique ordonnée (L10) à basse température (inférieure à Tc = 825°C) et une phase
désordonnée cubique à faces centrées (CFC) à haute température. La structure L10 est très
intéressante d’un point de vue magnétique de part sa forte anisotropie. L’objectif est d’étudier
l’influence de l’effet de taille sur la structure et les propriétés thermodynamiques, notamment
l’évolution du paramètre d’ordre pour différentes tailles de nanoparticules, en relation avec les
propriétés magnétiques de ces particules.
Nous avons montré que les nanoparticules de diamètre dans le plan du substrat inférieur à 3
nm voyaient leur température de transition de phase ( NP
T C ) chuter de plus de 175°C par rapport au
matériau massif. Ces résultats ont été confirmés par des simulations numériques en Monte Carlo
réalisés en collaboration avec Christine Mottet (CINaM, Marseille). Ce résultat est d’un intérêt
fondamental pour les applications technologiques de ces nanosystèmes, car cet effet de taille
limite de manière significative le domaine de température où la mise en ordre des nanoparticules
peut être obtenue.
De plus, pour une même température de recuit, nous avons observé des nanoparticules de
même taille latérale dans des états structuraux différents (ordonnés et désordonnés). A partir
d’expériences de tomographie électronique, nous avons pu mettre en évidence un effet qui n’avait
encore jamais été montré sur des nanoparticules. En effet, en analysant des tomogrammes
(reconstructions tridimensionnelles) de nanoparticules (Figure 2), nous avons montré que la
température de transition ordre désordre était aussi sensible à la morphologie des
nanoparticules.

a
b
y
z
x
12 nm
Figure 2 : Morphologie 3D des nanoparticules (a) Image en champ clair de nanoparticules de
CoPt recuites à 750°C. (b) Tomogramme de la même zone. Sur les coupes (x,z) et (y,z) à droite et
en bas du tomogramme, on mesure directement l’épaisseur des nanoparticules. La nanoparticule
entourée à une taille de 4 nm dans le plan et une épaisseur de 4 nm.
Sur la figure 3a nous avons représenté la variation des épaisseurs de nanoparticules en
fonction de leur taille dans le plan du substrat pour deux échantillons recuit à 650°C et 750°C. On
montre ainsi qu’il suffit que l’une des dimensions d’une nanoparticule (i.e. taille dans la plan du
substrat ou épaisseur) soit inférieure à 3 nm pour observer un effet de taille sur la valeur de
Cet effet de morphologie a également été confirmé par des simulations Monte Carlo (Figure 3b).
Sur cette figure, on voit que l’abaissement de T pour des nanoparticules de forme anisotrope
NP
C
(avec une épaisseur inférieure à 3 nm) est le même que pour des nanoparticules sphériques de
taille 3 nm dans le plan du substrat. Ce résultat montre toute l’importance de prendre en compte
l’aspect tridimensionnel des nanoparticules pour comprendre et contrôler leurs propriétés
physiques.
Thickness (nm)
Sample A (650°C)
Sample B (750°C)
Error
Diameter in the substrate plane (nm)
(a)
(b)
Figure 3 : (a) Evolution de l’épaisseur des nanoparticules en fonction de leur taille dans le plan
du substrat pour deux échantillons recuits à 650°C et 750°C. (b) Evolution du paramètre d’ordre
en fonction de la température pour des nanoparticules de forme sphérique (cercles) et de forme
anisotrope (étoiles). La température de transition est donnée par la position du point d’inflexion
de ces courbes.
b) Nanostructures cœur/coquille de CuAg
Thèse : Meernoush Valamanesh
Collaborations :
E. Lacaze, Y. Borensztein – INSP (Université Paris 6)
J. Creuze, F. Berthier – ICMMO / LEMHE (Université Paris 11)
T .
NP
C
9

B. Legrand – SRMP (CEA Saclay)
L’objectif principal de cette thématique est le contrôle et la compréhension de la croissance de
nanostructures cœur/coquille métalliques déposées sur une surface amorphe. Le système CuAg a
été choisi comme modèle pour cette étude dans le but d’exploiter la non miscibilité de ces deux
métaux pour élaborer des structures cœur/coquille à l’échelle du nanomètre. Il s’agit d’étudier (i)
comment le cuivre et l’argent diffusent et s’organisent lorsqu’ils sont déposés séquentiellement
sur un substrat d’oxyde amorphe, (ii) la cinétique du dépôt, (iii) les caractéristiques de croissance
d’une espèce sur l’autre et enfin (iv) les propriétés structurales des îlots formés et leur stabilité
thermique.
La croissance de l’argent sur le cuivre a été étudiée à partir d’images chimiques réalisées en
microscopie filtrée en énergie (EFTEM). Pour cela, nous avons déposé des épaisseurs nominales
de 2 nm et 1 nm pour le Cu et l’Ag respectivement. Nous avons observé que la coalescence des
cœurs de Cu se produit durant le dépôt ultérieur d’Ag formant des gros cœurs de cuivre entourés
d’argent. Ce phénomène ne se produit pas pour des dépôts de Cu seul et d’épaisseur nominale
équivalente réalisés dans les mêmes conditions expérimentales. Nous avons montré que ce
phénomène est lié à la thermodynamique du système CuAg plutôt que lié à des effets cinétiques
pendant la croissance. En effet, lorsque l’argent est déposé à une température (100°C) inférieure à
la température de croissance pour le cuivre (270°C), l’argent se dépose préférentiellement autour
du cuivre et forme des ponts entre plusieurs agrégats de cuivre (Figure 4a où le Cu apparaît en
rouge et l’Ag en vert).
(a) (b) (c)
Figure 4 : (a) Image filtrée en énergie de nanoparticules de CuA, brut de fabrication avec 2 nm
de Cu déposés à 270°C suivi de 1 nm d’Ag déposé à 100°C. Images haute résolution en STEM
corrigée des aberrations : (b) Interfaces Cu/Ag de type cube sur cube (rectangle plein) et de type
macle (rectangle pointillé). (c) Même image filtrée sur les réflexions du Cu (en vert) et de l’Ag (en
rouge, mettant en évidence les dislocations d’interface (entourée en blanc).
L’interface Cu/Ag et les relations d’épitaxie entre les deux métaux ont été étudiés en couplant,
sur une même nanoparticule, des observations en microscopie filtrée en énergie et en microscopie
haute résolution en mode STEM corrigée de l’aberration sphérique en collaboration avec JEOL à
Tokyo. Les résultats montrent que l’argent croît en épitaxie sur le cuivre en formant deux types
d’interfaces : la première de type cube sur cube où les plans (111) des deux métaux sont parallèles
entre eux (rectangle plein sur la figure 4b) et la deuxième où les plans (111) sont en position de
macle (rectangle pointillé sur la figure 4b). La différence de paramètre de maille entre le cuivre et
l’argent (11,7%) est telle que l’argent est relaxé dès les premières couches (épaisseur critique
autour de 1 nm). Les contraintes sont relaxées par la formation de dislocations à l’interface Cu/Ag.
Ces dislocations d’interface, qui accommodent la différence de paramètre de maille entre les deux
matériaux, sont régulièrement réparties le long de l’interface (figure 4c).

Publications 2006-2011
How chemistry affects the ion beam synthesis of PbS nanocrystals
R. Espiau de Lamaestre, H. Bernas, C. Ricolleau and J. Majimel
Nuclear Instruments and Methods in Phys. Research B, 242, 214-216 (2006)
CuAg core-shell nanoparticles: a direct correlation between micro Raman and electron
microscopy
M. Cazayous, C. Langlois, T. Oikawa, C. Ricolleau and A. Sacuto
Phys. Rev. B Rapid Communication, Phys. Rev. B 73, 113402 (2006)
Confocal Raman and TEM measurements at the same scale area on nanoparticles
M. Cazayous, C. Langlois, T. Oikawa, C. Ricolleau, and A. Sacuto
Microelectron. Eng., 84 (3), 419-423 (2007)
Enhanced Fluorescence cell imaging with metal-coated slides
E. Le Moal, E. Fort, S. Lévêque-Fort, F.P. Cordelières, M.P Fontaine-Aupart and C. Ricolleau
Biophysical Journal, 92, 2150-2161 (2007)
Mirror slides for high-sensitivity cell and tissue fluorescence imaging
E. Le Moal, E. Fort, S. Lévêque-Fort, A. Janin, F.P. Cordelières, M.P Fontaine-Aupart and C.
Ricolleau
Journal of Biomedical Optics, 12, issue 2, 024030-1/024030-5 (2007)
Melting and solidification of Bi nanoparticles in a germinate glass
E. Haro-Poniatowski, M. Jiménez de Castro, J.M. Fernandez Navarro, J.F. Morhange and C.
Ricolleau
Nanotechnology, 18, 315703 (2007)
TEM in situ experiment as a guideline for the synthesis of as-grown ordered CoPt nanoparticles
by Pulsed Laser Deposition
D. Alloyeau, C. Langlois, C. Ricolleau, Y. Le Bouar, A. Loiseau
Nanotechnology, 18, 375301 (2007)
UV-laser irradiation effects on silver nanostructures
E. Haro-Poniatowski, N. Batina, M.C. Acosta-Garcia, M.A. Pohl-Alfaros, P. Castillo-Ocampo, C.
Ricolleau and E. Fort
Radiation Effects & Defects in Solids, 162, 491-499 (2007)
Growth and structural properties of CuAg and CoPt bimetallic nanoparticles
C. Langlois, D. Alloyeau, Y. Le Bouar, A. Loiseau, C. Mottet and C. Ricolleau
Faraday Discussions, 138, 375-391 (2008)
STEM nanodiffraction technique for nanoparticles structural analysis
D. Alloyeau, C. Ricolleau, T. Oikawa, C. Langlois, Y. Le Bouar, A. Loiseau
Ultramicroscopy, 108, 656-662 (2008)
Energy-filtered electron microscopy for imaging core–shell nanostructures
C. Langlois, T. Oikawa, P. Bayle-Guillemaud and C. Ricolleau
J. Nanoparticles Research, 10, n° 6, 997-1007 (2008)
Comparing electron tomography and HRTEM slicing methods as tools to measure the thickness
of nanoparticles
D. Alloyeau, C. Ricolleau, T. Oikawa, C. Langlois, Y. Le Bouar, A. Loiseau
Ultramicroscopy, 109, 788-796 (2009).
D. Alloyeau, C. Ricolleau, T. Oikawa, C. Langlois, Y. Le Bouar, A. Loiseau
11

Comparing electron tomography and HRTEM slicing methods as tools to measure the thickness of
nanoparticles
Ultramicroscopy, 109, 788-796 (2009).
E. Guillotel and M. Ravaro and F. Ghiglieno and C. Langlois and C. Ricolleau and S. Ducci and
I Favero and G. Leo
Parametric amplification in GaAs/AlOx waveguide
Applied Physics Letters, 94, 171110 (2009).
D. Alloyeau, C. Ricolleau, C. Mottet, T. Oikawa, C. Langlois, Y. Le Bouar, N. Braidy, A.
Loiseau
Size and shape effects on the order-disorder phase transition in CoPt nanoparticles
Nature Materials, 8, 940-946 (2009).
N. Braidy, Y. Le Bouar, M. Fèvre, C. Ricolleau
Determination of the long-range order parameter from the tetragonality ratio of L10 alloys
Phys. Rev. B, 81, n° 5, 054202 (2010).
D. Alloyeau, G. Prévot, Y. Le Bouar, T; Oikawa, C. Langlois, A. Loiseau and C. Ricolleau
Ostwald ripening in nanoalloys : when thermodynamics drives a size-dependent particle
composition
Phys. Rev. Letters, 105, 255901 (2010).
D. Alloyeau, C. Ricolleau, C. Langlois, Y. Le Bouar and A. Loiseau
Flash laser annealing for controlling size and shape of magnetic alloy nanoparticles
Bilstein J. of Nanotech., 1, 55-59, (2010).
M. Valamanesh, C. Langlois, D. Alloyeau, E. Lacaze, C. Ricolleau
Combining moire´ patterns and high resolution transmission electron microscopy for in-plane thin
films thickness determination
Ultramicroscopy, 111, 149-154 (2011).
D. Alloyeau, B. Stéphanidis, X. Zhao, E. Larquet, N. Boisset and C. Ricolleau
Biotemplated synthesis of metallic nanoclusters organized in tunable two-dimensional
superlattices
Journal of Phys. Chem. C, 115, 20926-20930 (2011).
C. Malgrange, C. Ricolleau, F. Lefaucheux
Symétrie et Propriétés physiques des cristaux
EDP Sciences / CNRS Editions (2011).

DEMANDE D'UN CONGE POUR RECHERCHES OU CONVERSIONS THEMATIQUES
AU TITRE DE L’ETABLISSEMENT
ANNEE 2012 – 2013
---------------------------------------------
(DEMANDE A REMPLIR PAR L’ENSEIGNANT-CHERCHEUR, EN DOUBLE EXEMPLAIRE)
Etablissement d’affectation : Universite Paris -Diderot Paris 7
Composante :UFR de physique
NOM patronymique : SACUTO…………………………. Nom marital : …………
Prénoms : Alain Carl……………………………… Date de naissance 09/02./1965
Corps : ……PR Grade : PR1………Emploi occupé n° :2800 PR0193 … Section du CNU : 28…….
J’ai l’honneur de demander un congé pour :
X Recherches □ Conversions thématiques □ Recherches et conversions thématiques
Au titre de la section du Conseil national des universités n°28 Milieux denses et materiaux(2) Intitulé (2)
□ D’une durée d’un semestre (1) x ou □ d’une année (1)
Par période de six ans passée en position d’activité ou de détachement.
x Responsabilités collectives ou □ Enseignements nouveaux ou pratiques pédagogiques innovantes
ou □ d’une durée d’un semestre, suite à congé de maternité (1) ou congé parental (1)
Congé obtenu du : …..…/……./………….. au …..…/……./……...... (3)
Indiquez la date de début du congé : ….01…./….09./……2012…., au titre du projet présenté ci-joint.
CRCT déjà obtenu (s) : …non………………………………… Dates : …………………………………………..
A ………Paris …………………………………………………le 3 mai 2012
Signature de l’enseignant –chercheur
Visa du directeur d’UFR
(1) Cocher la rubrique concernée.
(2) Préciser le numéro et l’intitulé. La demande doit correspondre à la section à laquelle l’enseignant-chercheur
appartient ainsi que le projet qui s’y rapporte, cependant la section peut-être différente de sa section de
rattachement.
(3) Le justificatif du congé signé par l’administration doit accompagner la demande.
AVIS DU CHEF D’ÉTABLISSEMENT Date et signature

Alain SACUTO
Professeur des Universités à Paris Diderot
Candidature à une demande de congés pour
recherches ou conversions thématiques
(Janvier 2012)
Lettre de motivation 3
Curriculum Vitae……………………………………………………... 4
Recherches des quatre dernières années et projet de recherche 14
Liste de publications comprenant les conférences et séminaires
invités ………………………………………………………………….. 25

Lettre de Motivation
Après trois années de direction de l’UFR de Physique à l’Université Paris Diderot qui ont été
très riches mais aussi très prenantes, je souhaite me replonger dans mes activités de
recherche en développant de nouveaux projets et en m’impliquant d’avantage dans des
collaborations internationales. En particulier je souhaite prendre des responsabilités au sein
du réseau ICAM (Intstitut of Complex and Adaptative Materials) et participer à une ANR
internationale USA/France autour des supraconducteurs à haute température critique.
Je suis donc candidat à une demande de congés pour Recherches pour une période d’une
année.
Mes activités de recherche sont centrées sur l’étude des systèmes d’électrons fortement
corrélés. Je m’intéresse essentiellement à la dynamique des électrons en interaction dans
des systèmes où des ordres de la matière entrent en compétition tels que la
supraconductivité et le magnétisme dans les supraconducteurs à haute température ou bien
le magnétisme et la polarisation électrique dans les matériaux ferroélectriques.
Ces dernières années, mon équipe de recherche a concentré ses efforts sur les
supraconducteurs ( cuprates et les pnictures), et les oxydes multiférroiques.
Notre sonde d’investigation favorite est la diffusion inélastique de la lumière par les
électrons (la diffusion Raman électronique). Nous déclinons le développement de cette
technique en fonction de la température ( de 1000K à 2K) , sous champs magnétique jusqu’à
10 T, sous champ électrique jusqu’à 100kV/cm et sous pression (20 GPa).
La diffusion Raman électronique nous permet d’explorer la dynamique des quasiparticules
dans différentes régions de l’espace des phases ainsi que d’étudier les couplages
e-phonon, spin-phonon. Je propose ici de vous présenter la recherche en cours avec ses
résultats les plus significatifs et le projet de recherche que je compte conduire durant mon
année de congé pour recherche.
J’envisage de m’investir essentiellement au cours de mon congé pour recherches sur la
thématique des supraconducteurs à haute température critique en développant un nouveau
projet qui a pour ambition de cerner l’origine du pseudo gap (expliciter dans ci-dessous) .
Je compte également m’investir activement dans le consortium parisien du réseau
international (ICAM-I2CAM) (The Institute for Complex Adaptive Matter) pour renforcer les
échanges avec les Etats-Unis et la Chine. Je souhaite également construire une ANR
internationale USA/France qui a pour objectif de réunir physiciens (expérimentateurs et
théoriciens) et chimistes des matériaux pour appréhender la délicate question du contrôle de
la température critique dans les pnictures et cuprates supraconducteurs et éventuellement
envisager l’élaboration de nouvelles structures supraconductrices.
Je développe ci après mon projet de recherche sur les cuprates ainsi que les thèmes de
mon équipe de recherche dans lesquels je m’impliquerai (pnictures et multiferroiques).
A Paris, le 15 janvier 2012 Alain Sacuto
3

Curriculum Vitae
Alain SACUTO
Né le 09/02/1965
Nationalité française.
Marié, 3 enfants.
Université Paris Diderot-Paris7
Laboratoire Matériaux et Phénomènes
Quantiques, Bâtiment Condorcet
10, rue Alice Domon et Leonie Duquet,
75205 PARIS Cedex 13
Mél: alain.sacuto@univ-paris-diderot.fr
Tél: 01 57 27 62 36
Fax : 01 57 27 62 41
Parcours Universitaire
- 2009 (fin de mandature avril 2012) : Directeur de l’UFR de Physique de Paris-Diderot, Paris 7
- 2009 : Professeur des Universités à l’Université Paris -Diderot PR1
- 2002 : Professeur des Universités à l’Université Paris -Diderot PR2
- 2000 : Habilitation à diriger des recherches de l'Université Paris 6. Titre: "étude des excita-
tions électroniques dans les cuprates par diffusion inélastique de la lumière", jury :
C. Boccara, R. Combescot, R. Hackl, J. Klein, Ph. Monod et J. M. Raimond.
- 1993 : Maître de Conférences de l'Ecole Normale Supérieure (Ulm)
- 1992 : Doctorat de Physique de la Matière Condensée soutenu à l'Université de Paris 6,
Titre: « Étude des supraconducteurs YBa2Cu3O7 à haute température critique par
Spectroscopie Raman » dir. Thèse : M. Balkanski, Mention : Très Honorable.
- 1992 : ATER à Paris 6
- 1990 : Moniteur au Palais de la Découverte
- 1989 : DEA de Physique de la Matière condensée de Nice-Sophia Antipolis, mention Bien,
rang :1 er de promotion.
Responsabilités Pédagogiques (antérieures à la direction de l’UFR)
- 2007-2009 : Président du Conseil des Enseignements de l’UFR de Physique de Paris 7
- 2002-2007 : Responsable du Magistère de Physique de l’Université de Paris 7
- 1999-2002 : Responsable de la 2 nd année du Magistère Inter-Universitaire de Physique (MIP)
de l’ENS (Ulm)
- 2000-2003 : Examinateur titulaire en Physique au concours d’admission de l’Ecole Poly-
technique (filière Math-Physique).
Responsabilités en Recherche (antérieures à la direction de l’UFR)
- 2004 -2008 : Membre élu au Comité National du CNRS en section 06
- 2006 : Participation à la synthèse du rapport scientifique de conjecture national du CNRS.
- 2008-2012 : Membre élu du Groupe d’Experts Thématiques « Nanoscience et Matériaux » qui
remplace les Commissions de Spécialistes.
- 2004 -2008 : Membre élu de la Commission de Spécialistes en 28 section de Paris 7
4

- 2007 -2008 : Membre nommé de la Commission de Spécialistes en 28 section de Paris 11
- 2004 -2007 : Membre nommé du conseil scientifique du laboratoire MPQ
- 2000 -2004 : Membre nommé du conseil scientifique de la Fédération de Recherche MPQ
Profil Recherche
- Thématiques de recherche : Dynamique des électrons dans des systèmes de basses
dimensions, systèmes d’électrons fortement corrélés : cuprates supraconducteurs, pnictures,
multiferoïques, conducteurs moléculaires.
Animation Scientifique
- Construction du laboratoire Matériaux et Phénomènes Quantiques 2000- 2004
Membre fondateur du laboratoire MPQ : Fédération de recherche (2004) et création de l’
UMR 7162 CNRS (2004).
- Chef de l’équipe « SQUAP » depuis 2002 (Spectroscopie des QUAsi Particules) au
laboratoire Matériaux et Phénomènes Quantiques (MPQ) de Paris 7. Le site web de mon
équipe est : http://www.mpq.univ-paris7.fr/spip.php?rubrique38. L’équipe est actuellement
composée de 7 membres dont 4 permanents (3 enseignant-chercheurs et 1 chercheuse CNRS)
et 3 doctorants.
- Titulaire de 4 PEDR + 1 PES depuis 1995
- Directions de 8 thèses dont trois déjà soutenues en 2003 et 2006 et 2011. L’une a été
récompensée par le prix spécial du Jury de la SFP en fév. 2008.
- 4 participations à l’encadrement de thèse
- Directions de 20 stagiaires de DEA/ Master
- Membre de plusieurs jurys : 7 HDR et 10Thèses
- Coordinateur et participants à des projets nationaux y compris des programmes
blancs ANR : 2010-2012 French National Research Agency (ANR) PNICTIDES:
Superconductivity, Magnetism and electronic properties of the new iron based Pnictides,
2008-2010 ANR GapSupra, 2006-2008 Regional Nano Project ADNTRONIC : Electronic
properties of DNA: Relation between with the molecular structure
- Organisation de colloques nationaux et internationaux :
- Organisateur de la conférence LEES 2014 « Low Energy Electrodynamics Solids ».
- Colloque en l’honneur de Philippe Monod, Paris Diderot (juin 2009)
- Les journées de la supraconductivité, GDR NEEM (décembre 2006)
- Symposium sur les systèmes fortement corrélés du congrès de la SFP (juillet 2007)
- Membre du comité scientifique du GDR « MICO » : Matériaux et Interactions en
Compétition du département INP (ex. MPPU) depuis 2008.
- Rapporteur dans plusieurs revues à comité de lecture: PRB, PRL, Nature Physics,
Nature Materials…
5

Collaborations scientifiques en cours
- Nationales :
L’Ecole Polytechnique, Palaiseau (A. Georges).
Service de Physique de l’état condensé, CEA Saclay (D. Colson)
Ecole supérieure de Physique et de Chimie de Paris ( R. Lobo, B. Leridon)
Unité mixte de Physique CNRS/Thales, campus Polytechnique, Palaiseau, (A. Barthélémy)
CEA, Grenoble : P.Rodiere, J.P.Brison
- Internationales :
- Department of Physics and Astronomy Rutgers University, USA (G. Kotliar)
- Lawrence Berkeley National Lab., University of California, Berkeley, USA (A. Lanzara)
- Department of Physics and Astronomy, University of Victoria, Canada (De Souza)
- Instituto de Ciencia de Materiales de Madrid (ICMM-CSIC), Espagne, (E. Bascones, B.
Valenzuela)
- National Laboratory for Superconductivity Institute of Physics, Pékin, Chine (H. H. Wen)
- Brookhaven National Laboratory, USA, (Genda Gu).
Publications et communications orales invitées
- 58 publications dans des revues à comité de lecture, 3 chapîtres d’ouvrages ou œuvre
collective et de nombreux articles de vulgarisation scientifique (voir page 23/24).
- 30 conférences invitées (dont 25 conférences internationales). 20 conférences invitées
depuis 10 an
Données bibliométriques et commentaires
Results found: 57; Sum of the times cited : 641, h-Index : 15 (ISI Web of science en date du 9 décembre
2011).
Lors de mes années de formation de 90 à 95 j’ai porté (seul) la thématique des
supraconducteurs dans le Laboratoire de Physique des Solides à Paris 6 qui était centré sur les
semi-conducteurs, les interfaces et les matériaux amorphes. Ce fut très formateur mais peu
rentable en terme de « h-index » car je n’étais pas intégré dans une équipe reconnue sur le
plan international. Afin de mettre fin à cette isolement, j’ai rejoint en 96 le groupe de
supraconductivité de l’Ecole Normale Supérieure (Bontemps /Monod). Ce qui était parfait sur le
plan des échanges scientifiques mais il n’y avait pas d’équipement Raman. Le taux de mes
publications n’a donc pas décollé, il a même diminué car pour mener mes expériences je devais
6

négocier des semaines d’expériences soit à Paris 6, soit au CNET de Bagneux. Ce n’est que
lorsque que j’ai enfin obtenu le financement pour acquérir un spectromètre Raman (fin 2002)
que mon taux de publication a réellement décollé car j’ai pu pleinement réaliser les expériences
auxquelles j’aspirai et monter une équipe de recherche. C’est en construisant le laboratoire
MPQ que mes ambitions de recherches ont pu se concrétiser. J’ai créé une équipe de
recherche et encadrer des doctorants.
Depuis ma nomination comme professeur à Paris 7, j’ai monté une équipe de 4
permanents, nous sommes à présent reconnus sur le plan international pour nos travaux sur les
systèmes d’électrons fortement corrélés. On peut citer les cuprates supraconducteurs, les
pnictures supraconducteurs et les multiferoïques. Notre activité dans ce domaine est croissante
et fructueuse avec de nombreuses collaborations. Notre expertise sur les systèmes d’électrons
fortement corrélés est reconnue. Les résultats marquants n’ont fait qu’augmenter ces derniers
années d’où la croissance de mon taux de citations depuis 2005. Malgré des responsabilités
administratives très prenantes (direction de l’UFR de physique), j’ai pu poursuivre mes activités
de recherche. Cependant après trois années de direction du département de physique où le
temps me manquait pour développer ma recherche, je souhaite aujourd’hui obtenir une année
de congés pour recherche afin de me rapprocher de mon équipe et me consacrer pleinement à
mes activités de recherche.
Mobilité :
- depuis septembre 2007 mon équipe de recherche travaille au Laboratoire Matériaux et
Phénomènes Quantiques (MPQ) de l’Université Paris-Diderot, laboratoire pour lequel je
me suis activement engagé depuis 2000 pour sa création et son développement.
- de 2005 à 2007 : Laboratoire MPQ « hors les murs ». En attendant la construction de
MPQ, nous étions hébergés au Laboratoire de Physique du Solide de l’ESPCI.
- de 2000 à 2005 : Laboratoire de Physique du Solide de l’ESPCI
- de 1997 a 2000 : Laboratoire de Physique de la Matière condensée de l’ENS
(aujourd’hui LPA) dans le groupe de Ph. Monod et N. Bontemps.
- de 1996-1997 : Laboratoire Milieux Désordonnés et Hétérogènes de P6 et P7, année
de transition avant de rejoindre le groupe de supraconductivité de l’ENS.
- de 1990-1996 : Laboratoire de Physique des Solides de Paris 6 où j’ai effectué ma
thèse puis 1 an d’ATER et 3 ans comme Maître de Conférences sur la thématique des
cuprates supraconducteurs que j’ai développé seul.
PS : En 20 ans de carrière c’est ma première demande de congé pour recherche.
Enseignements
• Depuis 2002 : Professeur des Universités à Paris 7- Denis Diderot
Cours et Travaux dirigés de supraconductivité (depuis 2011) dans le Master 2 de la
spécialité Concepts fondamentaux de la physique. Ce cours propose une introduction à la
théorie phénoménologique de la supraconductivité (London, Ginzburg Landau), à la théorie
microscopique BCS à température nulle et finie. Une analyse détaillée entre la
supraconductivité classique des métaux et la supraconductivité des cuprates est finalement
présentée.
Travaux pratiques de Nanosciences (depuis 2011) des travaux pratiques permettant
d’observer et d’analyser la matière jusqu’à l’échelle sont proposés : microscopie à effet
7

tunnel, microscopie à force atomique, microscopie électronique en transmission, absorption
optique (plasmonique).
Cours « Des électrons libres aux électrons corrélés » (2006-2011).
Ce cours du tronc commun du Parcours physique de la matière condensée dans la spécialité
« Concept fondamentaux de la physique » introduit des notions fondamentales comme le
concept de quasi-particules, la méthode des liaisons fortes, la seconde quantification ou
encore de l’équation de Boltzmann, traite des récents développements en physique
mésoscopique. Les thèmes abordés sont la quantification de la conductance dans des
hétéro-structures de semi-conducteurs, le transport dans des nanotubes de carbone, l’effet
Hall quantique entier, les transitions de Peierls dans les conducteurs organiques ou encore
les interactions électroniques dans des systèmes 2D.
Projet professionnel personnel en première année de licence (2007-2010)
J’ai participé à l’encadrement du projet professionnel personnel du département des
sciences exactes qui consiste à aider les étudiants à construire un projet professionnel par la
recherche de documents, la réalisation d’interviews, la rédaction d’un rapport et une
présentation orale.
Cours « Physique des matériaux et dispositifs quantiques » (depuis 2003-2008)
Ce cours répondait à la volonté d’introduire dés le M1 une initiation à la physique des
solides. Ce cours avait pour objectif :
- i) initier les étudiants à la physique des matériaux en répondant aux questions
fondamentales : qu’est-ce qu’un conducteur, un isolant, un semi-conducteur, un
supraconducteur ? Comment décrire la dynamique des électrons dans un conducteur ?
Pourquoi les matériaux ne sont-ils pas tous conducteurs ? Quelle est l’origine du
magnétisme ?
Cours « Conducteurs quantiquement cohérents » (de 2004 - 2008).
Ce cours optionnel abordait plusieurs aspects du transport quantique. Je traitai
essentiellement dans ce cours de la localisation faible de Anderson.
Cours « Electrostatique et Magnétostatique » (2002-2006) en DEUG MIAS 2 ème année :
Dans ce cours j’ai abordé parallèlement l’électrostatique et la magnétostatique. Mon fil
conducteur était la chronologie des expériences de physique réalisées par les physiciens du
XVII et XVIII siècles. Chaque expérience est expliquée, replacée dans son contexte
historique puis finalement formalisée. J’ai réalisé aussi en amphithéâtre quelques
expériences simples d’électrostatique et de magnétostatique pour illustrer les effets
physiques.
Cours «Electronique à l’échelle moléculaire» (2002-2004) spécialité « Nanosciences et
Nanotechnologies». Ce cours traitait de la dynamique des électrons dans des conducteurs
de tailles réduites (1D et 2D). Le développement de ce cours reposait sur la description et la
compréhension d’expériences de physique à l’échelle nanométrique et le développement du
formalisme de Landauer-Buttiker.
• 1993-2002 : Maître de Conférences de l'ENS (Ulm):
Magistère Inter-Universitaire de Physique (MIP) à l' ENS (93-02):
-1994-1999 : Travaux dirigés de physique quantique (niveau maîtrise) : physique atomique,
la physique moléculaire et la physique des solides
8

-1999-2001 : Travaux dirigés sur le transport quantique (niveau maîtrise) : introduction à la
physique mésoscopique, le formalisme de Landauer-Buttiker, transport en régime balistique
et diffusif, localisation faible, l'effet Hall quantique, l'effet Aharonov-Bohm.
-1994-2001 : Travaux pratiques d'optique et projets expérimentaux de Licence. Conception
et encadrement de projets : diffusion inélastique de la lumière, montage et utilisation d’un
magnétomètre quantique, le SQUID (caractéristique I/V d'une des deux jonctions Josephson
irradiée par des ondes hyperfréquences) ; microscope à effet tunnel asservi en tension ou en
courant pour l’étude des surfaces d’or et du graphite.
Préparation à l'Agrégation de Physique de Montrouge (93-94) :
- Travaux pratiques dans de nombreux domaines de la physique:optique, thermodynamique,
hydrodynamique, mécanique, électromagnétisme.
- Corrections de leçons et de montages.
Diffusion Scientifique
- Membre du comité de pilotage national sur les « cent ans de la supraconductivité 1911-
2011»
- Initiateur avec A. Monclin et J. Bobroff du film : « 100% conducteur les
supraconducteurs » qui a lancé le coup d’envoi de la célébration du centenaire de la
supraconductivité et qui est aujourd’hui diffusé dans plusieurs établissements d’enseignement
du secondaire et du supérieur. Ce film a été co-financé par Paris Diderot et le CNRS.
- Initiateur et constructeur du « MagSurf » (surf supracondcuteur) avec mon équipe de
recherche qui a été inauguré à Paris Diderot pour la fête de la Science en octobre 2011. Un
brevet a été déposé sur la structure du réservoir de ce surf, Des vidéos ont été mis en ligne
plus de 500 000 fois visionnées. Voir par exemple : http://www.youtube.com/watch?v=_F-VVmMD4_k.
Le MagSurf a été en avant première au Palais de La découverte à Noël 2011.
- Entretiens, Articles, Conférences: 1 article dans le journal « Pour la Science », 2 interviews
dans le journal « La Recherche », 2 articles dans le journal « La Recherche », 1 interview dans
le quotidien Libération, 1 article en ligne sur le site de l’institut de physique du CNRS, 1 article
dans les brèves du CNRS, 1 interview dans le journal du CNRS, plusieurs conférences grand
public lors des journées de la science en fête et montage de l’expérience de mesure de la
vitesse de la lumière à l’observatoire de Paris pour l’année de la Physique en 2005.
- Année Mondiale de la Physique (2005) : M. Cazayous et A. Sacuto ont réalisé l’expérience
de Foucault de mesure de la vitesse de la lumière dans une version utilisant les
instruments modernes d’optique et de détection.
- Fête de la Science du 9 au 15 octobre 2006 : une conférence grand public intitulée : « La
supraconductivité à haute température : un défi pour la physique du 21 ème siècle ».
- Rapport de conjecture du comité National de la Recherche Scientifique 2006 à la
demande du CNRS (CNRS éditions, page 197-206)
Distinction
"Young Scientist Award from the European Materials Research Society ": Prix décerné en
1991 au meilleur article présenté par un jeune chercheur à l’EMRS de Strasbourg.
9

Encadrements
Directions et co-directions de thèse :
-J. Buhot a débuté sa thèse en octobre 2011 sur l’étude de l’ordre caché dans le composé URu2Si2
par spectroscopie Raman, co-direction M.A.Méasson et A. Sacuto date de soutenance prévue juin
2014.
-P. Rovillain a débuté sa thèse en octobre 2008 sur l’étude des électromagnons dans les
multiferoiques de BiFeO3. Directeur de thèse : A. Sacuto en co-direction avec M. Cazayous.
(soutenance 22 septembre 2011) . (jury : J.Kriesel, S. Petit,Agnes Barthélemy, B. Jusserand, Charles
Simon)
-L.Chauvière a débuté sa thèse en octobre 2008 sur l’étude des pnictides supraconducteurs par
spectroscopie Raman électronique. Directeur de thèse : A. Sacuto en co-direction avec Y. Gallais. La
(soutenance 27 octobre 2011) . (jury : V. Brouet, A. Carrington, J.P. Brison, I.Paul , Y.Sidis, Y.Gallais
et A.Sacuto).
- S. Blanc a débuté sa thèse en octobre 2007, il travaille sur la recherche des règles de somme des
réponses spectrales en Raman électronique et infrarouge. Directeur de thèse A. Sacuto en codirection
avec Y. Gallais. (soutenance 1 er juillet 2011). (jury : président A. Sacuto, Ph. Bourges, M .H.
Julien, N. Hussey, Y. Gallais, T. Cren)
- W. Guyard a effectué sa thèse sur « l’exploration du diagramme de phase des cuprates du régime
sous dopé au régime sur dopé » directeur de thèse A. Sacuto en co-direction avec M. Cazayous. 1
PRL et 1 PRB ont été publiées sur son travail.
- M. Le Tacon a soutenu sa thèse intitulée : «un gap peut en cacher un autre : Une exploration de la
phase supraconductrice des cuprates par sonde Raman électronique » le 13 novembre 2006. ;
Directeur de thèse A. Sacuto ; (membres du jury : J. Bobroff, Ph. Bourges, A. Georges, B. Jusserand,
J. Mesot, D. Roditchev, A. Sacuto)
Note 1 : ce travail de thèse a donné lieu à une mention spéciale du jury de la Société Française de
Physique en 2008 honorant les meilleures thèses de doctorants dans le cadre du prix Guinier).
Note 2 : M. Le Tacon a obtneu un poste de « senior scientist » au Max Planck Institut de Stuttgart
pour un contrat de 5 ans renouvelable, il a en charge le groupe Raman du Max Planck.
- Y. Gallais a soutenu sa thèse intitulée : "Diffusion Raman électronique dans les cuprates
supraconducteurs" Soutenu le 21 Novembre 2003 ; directeur de thèse: Alain Sacuto ; (N. Bontemps,
Ph. Bourges, D. Colson, L. Cugliandolo, A. Pinczuk et A. Sacuto).
Note 3 : Y.Gallais après un post-doc de 3 ans à l’Université de Columbia (NY, USA) dans le groupe de
A. Pinczuk est aujourd’hui Maître de Conférences à Paris 7.
Participations à l'encadrement de Thèse
V. Viallet: thèse de l’Université de Paris XI (1994-1998); “Synthèse, études structurales et physicochimiques
des monocristaux d’oxydes supraconducteurs HgBaCaCuO”; directeur de thèse: J. F.
Marucco/ D. Colson. (j'ai été membre de son jury de thèse) (voir liste des publications)
J. Cayssol: une année de doctorat (Paris VII) (1998-1999); “ Propriétés électroniques des mercurates
dans l’état normal et supraconducteur” directeurs de thèse: Ph. Monod /A.Sacuto (voir liste des
publications)
10

J. Garcia Lopez: thèse de l’université de Paris VII (93-95); “Corrélations entre la composition et les
propriétés physiques des couches minces de YBCO : étude des mécanismes de l’oxydation”, directeur
de thèse: J.Siejka (voir liste des publications)
J. C. Cheang Wong : thèse de l’université de Paris VII , (91-94), “Inter-dépendance entre composition
en oxygène, les propriétés physiques et les mécanismes de croissance des couches minces
d’YBaCuO”, directeur de thèse: J. Siejka (voir liste des publications).
Encadrements de Stagiaires de ex-DEA (M2)
A. Benaldèche : spécialité Master 2, Concepts Fondamentaux de la Physique, parcours physique de
la matière condensée : « étude du régime surdopé des cuprates : mise en évidence expérimentale
d’un point critique quantique » (co-encadrement avec Y. Gallais), (janvier-juin 2011).
S. Blanc : spécialité Master 2, Concepts Fondamentaux de la Physique, parcours physique de la
matière condensée : « étude de la règle de somme de la réponse Raman électronique en fonction du
nombre de porteurs contenus dans les oxydes de cuivre supraconducteur » (co-encadrement avec Y.
Gallais), (janvier-mars 2007).
W. Guyard : spécialité Master 2, Nano-sciences & Nanotechnologies « étude de films minces du
cuprates Bi-1201 par effet Raman électronique », (mai-juin 2005).
S. Coulomb : DEA de Physique des Solides «Les conducteurs organiques quasi 1D : une étude par
diffusion inélastique de la lumière (effet Raman). (janvier-mars 2002).
F. Formenec: DEA de Physique des Solides "Spectroscopie en champ proche" participation à
l'encadrement sur la partie Raman (responsable du stage:Y. De Wilde) (janvier-mars 2001).
Y. Gallais: DEA Sciences des Matériaux, “Etude de l’état normal des cuprates par diffusion Raman
électronique, (mars-juin 2000).
J. N. Isaia: DEA de Physique des Solides; “Etude des mercurates à haute température critique par
diffusion Raman électronique”, (janvier-mars 2000).
J. Cayssol: DEA de Physique des Solides; “Comparaison de l’état normal de YBCO et de l’état normal
des métaux Ag, Al et Pt, par spectroscopie Raman”, (janvier-mars 98).
G. Lazard: DEA de Physique des Solides; “Etude des nœuds du gap supraconducteur dans des
monocristaux de HgBaCaCuO: une analyse par diffusion Raman électronique”, (janvier-mars 97).
A. Lebon: DEA Sciences des Matériaux; “Etude des modes de vibration du supraconducteur
HgBaCaCuO par effet Raman”, (mars-Juin 95).
R. Desmicht: DEA Sciences des Matériaux; “Etude de la diffusion Raman électronique à basse
fréquence dans des monocristaux de YBaCuO”, (octobre 95-juin 96).
D. Monier: DEA de Physique des Solides; “Etude des super-réseaux supraconducteurs YBCO/PrBCO
par effet Raman”, (janvier-mars 95).
Autres encadrements de stagiaires
N. Gales : stage de pré-thèse dans d’une collaboration franco-suisse ( Paris 7- EPFL) :
Etude des supraconducteurs iso-structuraux NbSe2 et NbS2 et de l’influence d’un ordre de charge
sur l’état supraconducteur ( octobre 2010-avril 2011)
R. Marquez : stage de Master 1 de Paris 7, « Lévitation et vortex d’un supraconducteur de type II »
(mai –juillet 2007)
11

B. Leclercq : stage du Magistère de Physique de Paris 7- Denis Diderot (L3) « Sonder par diffusion
inélastique de la lumière le gap supraconducteur des oxydes de cuivre à base de mercure », (juin-
juillet 2006).
A. Benlagra : stage du Magistère Interuniversitaire de Physique de l’ENS «Etude par diffusion Raman
électronique de l’effet d’une impureté non magnétique sur les propriétés supraconductrices de
YBa2Cu3O6.95 » (juillet - aout 2004).
C. Guerlin : stage ingénieur de l’ESPCI « transition isolant/métal dans les cristaux moléculaires »
(janvier-mars 2003)
D. Borojeni : stage ingénieur de l’Ecole Polytechnique de Nantes « diffusion Raman sur MgB2 » (avrilmai
2001).
C. A. Muller: stage long du Magistère Inter-Universitaire de Physique “Etude de la symétrie du gap
supraconducteur dans les composés au mercure”, (janvier-juin 97).
S. Berger: stage d'ingénieur de l'ISMRA de Caen “Propriétés électromagnétiques et spectroscopie
Raman du supraconducteur YBCO dopé au fer”,(mars-juin 95).
Participation à des jurys d’habilitation à diriger des recherches
- M. Cazayous : habilitation à diriger des recherches de l’université de Paris 7, « Diffusion inélastique
de la lumière dans les systèmes de basses dimensionnalités » soutenue le 31 mai 2010 devant le jury
composé de A. Barthélémy (R), D. van der Marel (R), C. Lacroix (R), P. Mendels (P), A. Sacuto, S.
Rousset
- V. Repain : habilitation à diriger des recherches de l’université de Paris 7, « Renversement de
l’aimantation dans des systèmes nanostructurés », soutenue le 24 octobre 2008 devant le jury
composé de C. Chapert, P. Gamrdella, F. Petroff (rapporteur), S. Rousset, A. Sacuto (rapporteur) et
G. Trigia ( rapporteur)
- B. Leridon : habilitation à diriger des recherches de l’université de Paris 7, « Effet Josephson et
fluctuations dans les supraconducteurs à haute température critique », soutenue le 20 octobre 2008
devant le jury composé de Ph. Bourges, N.Hussey (rapporteur), D. Roditchev (rapporteur), A. Sacuto
(rapporteur), C. Simon (président).
- D. Colson : habilitation à diriger des recherches de l’université de Paris XI « Elaboration,
caractérisation et études des propriétés remarquables de monocristaux de Hg Ba2CuO 4+d et BiFeO3 »
soutenue le 13 décembre 2007 devant le jury composé de A. Revcolevski, A. Trokiner, P. Bordet, A.
Maignan, A. Sacuto et J. F. Marucco.
- M. Aprili : Habilitation à diriger des recherches de Paris 7, «Transport Quantique : de la
supraconductivité au magnétisme » soutenue le 18 janvier 2006 devant le jury composé de A. Sacuto
(rapporteur), M. Sanquer, A. Thiaville, A. Barone, H. Bernas, G. Montambaux.
- Y. Girard : Habilitation à diriger des recherches de Paris 7, «Auto-organisation de surfaces
métalliques » soutenue le 6 décembre 2005 devant le jury composé de M. J. Casanove, G. Treglia, A.
Sacuto (rapporteur), L. Barbier, S. Rousset, M. Sauvage-Simkin.
- J. Bobroff : Habilitation à diriger des recherches de Paris XI spécialité science physique, « impuretés
et systèmes corrélés des chaînes aux cuprates supraconducteurs », soutenue le 11 mars 2004 devant
le jury composé de H. Alloul, C. Berthier, Ph. Bourges, M.Gabay, M. Rice et A. Sacuto (rapporteur).
12

Participation à des jurys de thèse :
P. Rovillain a soutenu sa thèse le 22 septembre 2011 « Une approche optique de l’intrication entre le
magnétisme et la ferroélectricité dans les multiferroïques » devant le jury : J. Kriesel, S. Petit, A.
Barthélemy, B. Jusserand, C.Simon, M. Cazayous et A. Sacuto)
L. Chauvière a soutenue sa thèse le 27 octobre 2011 sur « Magnétisme et supraconductivité dans les
pnictures de fer étudiés par diffusion Raman » devant le jury : V. Brouet, A. Carrington, JP. Brison, I.
Paul , Y. Sidis.
S. Blanc sa thèse le 1 er juillet 2011 sur « évolution de la dynamique des quasi-particules en fonction
du dopage dans les cuprates : influence sur la phase normale et supraconductrice », devant le jury
composé de Ph. Bourges, M .H. Julien, N. Hussey, T. Cren, Y. Gallais, et A. Sacuto.
V. Balédent a soutenu sa thèse le 2 décembre 2010 « Paramètre d'ordre magnétique dans la phase
de pseudo-gap des oxydes de cuivre supraconducteurs à haute température critique » devant le jury
composé de M. Greven (rapporteur), M. H. Julien ( rapporteur), C. Proust (rapporteur), Ph. Bourges,
Y. Sidis, M. Gabay (président) et A. Sacuto
A. Mangin a soutenu sa thèse le 30 octobre 2009, «"Transport électronique dans des nano-cassures
pour la réalisation de transistors à molécule unique" devant le jury composé de M. Goffman, Ph
.Lafarge,.. A. Sacuto (président du jury )
P. Dierner a soutenue sa thèse le 15 décembre 2008, « profondeur de pénétration de London dans
les chalcogénures » devant le jury : C. Simon, C. Van der Beck, J.P.Brison, P. Rodiere et A. Sacuto
(président du jury).
M. Le. Tacon a soutenu sa thèse intitulée : «un gap peut en cacher un autre : Une exploration de la
phase supraconductrice des cuprates par sonde Raman électronique » le 13 novembre 2006. ;
Directeur de thèse A. Sacuto ; (membres du jury : J. Bobroff, Ph. Bourges (rapporteur), A. Georges, B.
Jusserand, J. Mesot (rapporteur), D. Roditchev, A. Sacuto, dir. thèse)
S. Pailhès thèse de l’Université de Paris VI soutenue le 16 décembre 2004 “Etude des excitations
magnétiques dans le supraconducteur à haute température critique Y ca Ba CuO par diffusion
inélastique des neutrons”; Ph. Bourges, B. Doucot, B. Keimer, J. Mesot (rapporteur), W. Sacks, A.
Sacuto ( rapporteur), Y. Sidis (invité).
Y. Gallais a soutenu sa thèse intitulée : "Diffusion Raman électronique dans les cuprates
supraconducteurs" le Soutenu 21 Novembre 2003 ; N. Bontemps, Ph. Bourges (rapporteur) , D.
Colson, L. Cugliandolo , A. Pinczuk (rapporteur) , et A. Sacuto, dir. Thèse).
V. Viallet: thèse de l’Université de Paris XI soutenue le 8 janvier 1998, “Synthèse, études structurales
et physico-chimiques des monocristaux d’oxydes supraconducteurs HgBaCaCuO”; J .J. Caponi, G.
Collin, M. Gupta, J.F.Marucco, P. Odier, A. Sacuto, J. F. Marucco/D. Colson , (dir. Thèse).
13

Recherches en cours et Projet de Recherche pour la
demande de CRCT
J’envisage de m’investir essentiellement au cours de mon congé pour recherche sur la
thématique des supraconducteurs à haute température critique en développant un nouveau
projet qui a pour ambition de cerner l’origine de la phase du pseudo gap. Je compte
également participer activement aux recherches de mon équipe composée de 4 permanents
(3EC + 1CNRS) et développer un réseau international qui a pour objectif de réunir
physiciens (expérimentateurs et théoriciens) et chimistes des matériaux pour appréhender la
délicate question du contrôle de la température critique dans les pnictures et cuprates
supraconducteurs.
Les cuprates (porteur A.Sacuto, participants : Y.Gallais et M.Cazayous et une
doctorante prévue pour octobre 2012) :
1) Recherche en cours : Une nouvelle relation entre la température critique Tc et
le gap supraconducteur dans les cuprates”
Les cuprates supraconducteurs appartiennent à la classe des supraconducteurs dits non
conventionnels où la supraconductivité apparaît à proximité d’un ordre magnétique. C’est le
cas des supraconducteurs organiques, des pnictures et des fermions lourds.
région
nodale
−π/a
Fig.1 : Les pétales violets correspondent à l’amplitude du gap supraconducteur.
+
ky
Q
Le gap supraconducteur des cuprates possède essentiellement la symétrie de type
“d”, son amplitude est maximale selon les axes principaux de la première zone de Brillouin
(ZB) et s’annule selon les diagonales de la ZB. Ces zones sont nommées respectivement les
régions anti-nodales et nodales (voir Fig. 1).
Je travaille depuis plusieurs années sur les cuprates supraconducteurs par diffusion
Raman électronique et mon équipe a acquis une expertise reconnue sur le plan international.
La diffusion Raman est généralement connue pour sa capacité à sonder les
vibrations du réseau cristallin. Cependant, la diffusion Raman est aussi un outil puissant pour
étudier les excitations électroniques dans les canaux de charges et de spins telles que les
modes collectifs (magnon, plasmon) où les excitations individuelles (les quasi-particules). En
effet, la diffusion Raman électronique (DRE) est à la fois une sonde en énergie et une sonde
en moment pour les quasi-particules. La DRE permet d’atteindre des résolutions inférieures
au dixième de meV sur des parties sélectionnées de la zone de Brillouin.
-
π/a
région antinodale
kx
−π/a
14

La DRE est particulièrement bien adaptée pour l’étude des cuprates où la profondeur
de pénétration de la lumière est typiquement de l’ordre de 100 nm. Ce qui correspond à une
centaine de cellules irradiées.
J’ai en premier lieu exploré avec mon équipe l’état supraconducteur des cuprates en
fonction du dopage (nombre de porteurs) et découvert l’émergence de deux échelles
d’énergie dans le régime où le niveau de dopage est faible (dit régime sous-dopé). Nous
avons été parmi les premières équipes à observer ces deux échelles d’énergie avec la
même sonde spectroscopique (voir références 1 et 13 de la liste des publications).
Nos travaux dans ce domaine ont coïncidé plus particulièrement avec les recherches
menées par le groupe de J. C. Davis en microscopie Tunnel (Cornell University, Brookhaven
National Lab), le groupe de Z.X. Shen en photoémission résolue en angle (Stanford,
University).
L’échelle de plus basse énergie révèle la même dépendance en dopage que la
température critique Tc et est directement reliée à la dynamique des quasi-particules autour
des nœuds (correspondant à la symétrie B2g). L’échelle de plus haute énergie croit lorsque
le dopage diminue et est associée aux quasi-particules aux anti-noeuds (correspondant à la
symétrie B1g), voir Fig.2.
Fig.2 :a) Deux échelles d’énergie distinctes sont visibles par DRE dans l’état supraconducteur des
cuprates sous-dopés (Hg-1201 et Bi-2212) en dessous du dopage p=0.16. Une échelle est reliée à la
dynamique des quasi particules aux anti-nœuds (B1g) et la seconde est associée à celle des quasiparticules
autour des nœuds (B2g). b) Observations des deux échelles d’énergie par différentes
sondes spectroscopiques dans le composé Bi-2212
Cette observation expérimentale faite par notre groupe fut l’une des premières et
souleva instantanément la question de l’existence d’un ou de deux gaps dans l’état
supraconducteur des cuprates sous-dopés. Au-delà, cette observation pose la question de
15

l’uniformité de l’état supraconducteur. Ceci contraste avec les supraconducteurs
conventionnels pour lesquels une seule échelle d’énergie existe, celle du gap
supraconducteur.
Notre seconde observation majeure a été que dans l’état supraconducteur des
cuprates sous-dopés, le poids spectral des quasi-particules de Bogoliubov est anisotrope
dans l’espace des phases.
Nos mesures ont alors révélées une perte brutale du poids spectral des quasiparticules
aux anti-nœuds alors que le poids spectral des quasi-particules reste important
dans les régions nodales (voir références 1, 5 et 6 de la liste des publications). En utilisant
une relation simple entre l’aire intégrée de la réponse Raman dans l’état supraconducteur et
la densité des paires de Cooper dans le cadre de la théorie BCS, nous avons montré que la
densité des paires de Cooper est fortement réduite dans les régions anti-nodales lorsque le
dopage diminue tandis que la densité des paires de Cooper dans les régions nodales reste
importante même à faible dopage. La dépendance en dopage de la densité des paires de
Cooper apparait alors fortement anisotrope dans l’espace des phases. (voir Fig. 3 a). Nous
pouvons alors définir un niveau de dopage pc1 en dessous duquel les quasi-particules
cohérentes de Bogoliubov ne sont plus détectées par diffusion Raman. pc1 est alors proche
de 0.1 (voir Fig. 3a).
a
Fig.3 a) Dépendance en dopage de la densité des paires de Cooper autour des nœuds et aux antinœuds
b) La couleur rouge sombre correspond à une forte densité de paires de Cooper.
Alors que le dopage diminue, la densité des paires de Cooper décroit aux anti-nœuds
tandis que la densité reste importante autour des nœuds. Ceci est décrit par la figure fig. 3b.
Il peut sembler paradoxale que la supraconductivité soit plus robuste dans la région
nodale où l’amplitude du gap supraconducteur est plus faible que dans la région anti-nodale
où l’amplitude du gap supraconducteur prend ses valeurs maximales. Cependant, si nous
nous référons à la définition de la longueur de cohérence cela a du sens. En effet,
c’est dans la région anti-nodale de l’espace des phases où la longueur de cohérence est la
plus petite que la supraconductivité est la plus fragile. Ceci est d’autant plus vrai que le
nombre de paires contenues dans une sphère de rayon est faible ( une dizaine pour les
cuprates).
antinoeuds
densité des
paires de
Cooper
pc1
noeuds
b
Sur-dopé optimalement-dopé Sous-dopé
k
y
k
x
k
y
Sousdopage
k
x
k
x
16

Nous pouvons alors définir et extraire à partir des mesures Raman (voir références 1,
5 de la liste des publications), la fraction cohérente de la surface de Fermi notée fc autour
des nœuds pour laquelle les quasi-particules sont bien définies et où la supraconductivité
peut s’établir. Nous avons trouvé que fc dépend du dopage et conduit à l’émergence des
deux échelles d’énergie: l’une reliée au maximum de l’amplitude du gap supraconducteur
d’onde « d » (énergie B1g, à 0° ou 90°) et l’autre à l’amplitude du gap supraconducteur aux
extrémités de la fraction cohérente de la surface de Fermi fc (énergie B2g entre [0°-45°] ou
[45°-90°) (voir fig.4 panneau du milieu). Nous avons alors établi une nouvelle relation entre la
température critique Tc et le gap supraconducteur Tc ∝ fc . Δmax où Δmax est l’amplitude
maximale du gap supraconducteur d’onde « d » (références 1 et 5). (voir fig. 4).
Cette nouvelle relation diffère de celle de la théorie BCS standard où l’amplitude du
gap supraconducteur est directement proportionnelle à Tc, ici, il existe un pré-facteur fc qui
joue un rôle clef du coté sous-dopé du dôme supraconducteur, quand la supraconductivité
ne se développe que sur une fraction de la surface de Fermi.
(2)
(2) et (3) dans (1) donne :
d- wave
gap
d- wave
gap
Fig. 4: Nouvelle relation entre la température critique Tc et le gap supraconducteur.
Cette nouvelle relation pourrait nous apporter des pistes à exploiter pour tenter d’augmenter
la Tc dans les cuprates. L’idée que la surface de Fermi subit des modifications importantes
avec le dopage est actuellement suivie par plusieurs groupes de recherche en particulier le
groupe de P. Johnson (BNL, USA) qui observe la recomposition de la surface de Fermi sous
forme de poches en photo-émission et les équipes de Louis Taillefer (Sherbrooke Univieristy,
Canada) et Cyril Proust (LNCMI-Toulouse) qui sous champ magnétique montrent que la
surface de Fermi se reconstruit dans les cuprates sous dopés.
2) Le projet de recherche sur les cuprates pour mon année ma demande de congé
thématique
(j’ encadrerai une nouvelle doctorante sur le sujet à la rentrée 2012).
Nos découvertes expérimentales dans l’état supraconducteur des cuprates peuvent se
résumer par le diagramme de la Fig.7 : en dessous du dopage pc2, deux échelles d’énergie
font leur apparition dans l’état supraconducteur. Elles sont liées à une modification de la
surface de Fermi qui se traduit par une perte de poids spectral des quasi-particules de
Bogoliubov aux anti-nœuds alors que le poids spectral des quasi-particules reste important
dans les régions nodales. Au dessous de pc2, le poids spectral des quasi-particules de
(1)
(3)
17

Bogoliubov aux anti-nœuds décroit progressivement jusqu’au dopage pc1 ~0.1. En dessous
de ce dopage plus aucune quasi-particule de Bogoliubov n’est détectée par diffusion Raman
électronique. Ce qui laisse supposer qu’elles sont détruites et que leur temps de vie est
extrêmement court.
T
0
AN
« destroyed »
2 scales
& fc
Competitive order
Fluctuating
Competitive order
AN
« reduced »
2
scales &
fc
d-wave
superconductor
Full FS
0.05 pC1 0.16 pC2 0.27
Hole doping
Fig.7: Diagramme de phase des cuprates dans l’état supraconducteur établi à partir de nos
observations expérimentales. Les titres en bleu correspondent au scénario proposé par Demler et
Sachdev (voir plus loin).
Nos résultats Raman semblent supporter l’existence d’un ordre en compétition avec
la supraconductivité que l’on nomme habituellement : le pseudogap. Ce dernier s’établerait
dans le régime sous dopé aux anti-nœuds bloquant le développement de l’état
supraconducteur et donc empêchant l’observation des quasi-particules de Bogoliubov aux
anti-nœuds. Ce scénario est compatible avec les mesures d’effet tunnel de J.C.Davis
(Cornell University) et A. Yazdani (Princeton University) qui indiquent l’apparition d’un ordre
de charge dans les cuprates sous- dopés. Il est aussi compatible avec les mesures de
diffusion inélastique de neutrons polarisés en spin menée par le groupe de Ph. Bourges
(CEA Saclay) qui ont détecté l’apparition d’un ordre AF de moment nul en régime sous dopé.
Cependant l’origine du pseudogap reste indéterminée et sa relation avec la
supraconductivité n’est pas encore clarifiée. Ici, nous proposons une expérience « test » qui
s’inspire des travaux théoriques menés par Eugene Demler and Subir Sachdev (PRL 87,
067202, 2001 and Lectures at the “Les Houches School on Modern theories of correlated
electron systems”). Leurs travaux conduisent à penser qu’à bas dopage (voir fig.8 où le
paramètre « r » est similaire au paramètre de dopage « p »), une onde de densité de spin
(ODS) apparait et que cette dernière entre en compétition avec la supraconductivité. Il
existerait alors à bas dopage (en dessous de rc1) un domaine où à la fois l’onde de densité
de spin et la supraconductivité coexisteraient en champ magnétique nul. Au dessus de rc1 et
jusqu’à rc2 l’ODS peut être révélée en appliquant un champ magnétique perpendiculaire aux
plans cuivre oxygène des cuprates. Au dessus de rc2 on s’attend à ce que l’ODS
disparaisse.
La question est maintenant de savoir comment connecter nos résultats
expérimentaux au diagramme proposé par Demler et Sachdev ?
T
*
T
c
1 scale
&
AN
« full »
no
Competitive
order
p
18

Premièrement, si nous supposons qu’il existe un ordre d’onde de densité de spin, il
est généralement admis que l’onde de densité de spin provient d’un emboîtement de la
surface de Fermi suivant le vecteur d’onde Q~ (π,π) (voir fig.2). Nous nous attendons par
conséquent à ce que les quasi-particules anti-nodales soient altérées lorsque l’onde de
densité de spin s’établie. C’est ce que nous observons expérimentalement (cf. références 5
et 6).
rc1
Fig. 8 : Diagramme de Phase de Demler et Sachdev (PRL 87, 067202, 2001).
Deuxièmement, si nous croyons au diagramme de phase de Demler et Sachdev, le
point rc1 devrait correspondre au dopage pc1 déduit des mesures Raman en champ nul où
les quasi-particules cohérentes de Bogoliubov disparaissent aux anti-nœuds. En effet, c’est
proche de ce dopage que l’onde de densité de spin s’établie dans le diagramme de phase de
Demler sans champ. Ce point est par ailleurs identifié par diffusion inélastique de neutron et
résonance magnétique nucléaire comme le point d’apparition d’un nouvel ordre.
Le point rc2 est alors associé au dopage pc2 et correspond au dopage de départ à partir
duquel les quasi-particules de Bogoliubov deviennent fragiles due à la formation sousjacente
de l’ODS qui ne sera pleinement révélée que sous champ magnétique selon le
diagramme de Demler et Sachdev. Les récentes mesures de diffusion neutrons (Ph.
Bourges), de résonance magnétique nucléaire ( M. H. Julien ) et d’oscillations quantiques
(C. Proust, L. Taillefer) semblent converger vers un scenario où il existerait bien un ordre
sous jacent qui entre en compétition avec la supraconductivité.
Dans le but de tester ce schéma théorique nous proposons d’entreprendre une
expérience Raman sous champ magnétique et d’estimer quantitativement l’impacte du
champ magnétique sur la dynamique des quasi-particules aux anti-noeuds. Si les prédictions
de Demler et Sachdev sont correctes, les quasi-particules anti-nodales seront très fortement
affectées par la présence du champ magnétique et devrait renforcée l’émergence d’un ordre
d’onde de densité de spin.
Les pnictures (porteur Y.Gallais et participants : A. Sacuto et M. Cazayous)
1) Recherche en cours : Etats onde de densité de spin et supraconductivité en
compétition dans les supraconducteurs au Fer.
La supraconductivité non-conventionnelle reste un enjeu majeur de la recherche en
physique de la matière condensée. La proximité entre le magnétisme et la supraconductivité
dans de nombreux systèmes comme les fermions lourds et les cuprates ouvre la possibilité
d’un mécanisme d’appariement purement électronique basé sur l’échange de fluctuations
magnétiques.
rc2
19

Dans ce contexte, la découverte des supraconducteurs au Fer (Fe-SC) en 2008 possédant
une structure électronique multi-orbitale a ouvert une nouvelle voie vers la supraconductivité
à haute température critique. D’un prime abord, les Fe-SC ont des propriétés similaires à
celle des cuprates, leur bi-dimensionnalité et la proximité d’un ordre antiferromagnétique
notamment, ce qui a suscité l’espoir légitime qu’ils puissent donner des indices sur une voie
générique vers la supraconductivité à haute température critique. Pourtant trois ans après
leur découverte, de nombreuses différences sont apparues et notamment le fait que la
présence de plusieurs surface de Fermi et la nature essentiellement itinérante et non-localisé
comme dans les cuprates de leur magnétisme. Ces différences font des Fe-SC des
systèmes intéressants en soi et, possiblement, une voie alternative vers la supraconductivité
à haute température critique.
Dès 2009, nous nous sommes intéressés au lien entre la phase magnétique, de type
onde de densité de spin (ODS), et la phase supraconductrice (SC) dans ces systèmes. Nous
avons étudiés en particulier l’impact de la phase ODS sur le gap supraconducteur dans des
monocristaux de BaFe2As2 dopés en électrons en substituant des atomes de Fer (Fe) avec
du Cobalt (Co). Ce composé est très intéressant car son diagramme de phase montre une
zone de coexistence à l’échelle atomique entre les deux ordres électroniques ODS et SC.
Etant donné le caractère itinérant du magnétisme on s’attend donc à une compétition entre
les deux ordres pour les états électroniques au niveau de Fermi. Les conditions de cette
coexistence /compétition restent encore largement inexplorées. A dopage faible où seule
l’ordre ODS existe, nous avons montré via une étude du continuum Raman électronique
jusqu’à 250 meV que les surfaces de Fermi sont reconstruites dans la phase magnétique
(référence 4 de la liste des publications). Cette reconstruction est compatible avec un
repliement de bande associée à la périodicité de la phase onde densité de spin. L’anticroisement
qui résulte de ce repliement détruit la surface de Fermi et active des transitions
optiques bien visibles à dopage nul (voir fig. 5). L’emboîtement des surfaces de Fermi étant
imparfait, la destruction n’est que partielle comme l’atteste l’intensité non-nulle du continuum
à basse énergie.
Nous avons ensuite mené des expériences à basse température (T=2,5K

a) b)
Fig. 5: a) Réponse Raman électronique dans la phase ODS. En dessous de la température TN un
nouveau pic émerge signalant la présence de transitions optiques activées par la reconstruction de la
surface de Fermi. b) Réponse Raman dans l’état SC pur. Le gap SC est anisotrope autour de la
surface de Fermi. Quand on entre dans la phase de coexistence (x

peuvent être combines aux technologies de la photonique ainsi qu’aux architectures de la
spintronique.
Comme pour la spintronique, l’un des enjeux majeurs de la magnonique est l’utilisation
de forte puissance pour contrôler et écrire l’information (obtenus par l’application d’un champ
magnétique ou par un transfert de spin via un fort courant de spin polarisé Bien que la
dernière approche soit locale et beaucoup plus efficace énergétiquement, seulement de
faibles variations de la fréquence de l’onde de spin ont été obtenues. Les multiferoïques sont
des matériaux très prometteurs pour pallier à cette difficulté. En effet, ils possèdent
simultanément un ordre ferroélectrique et un ordre magnétique qui dans certains cas
interagissent. Une telle interaction offre l’opportunité de contrôler les spins via un champ
électrique et la polarisation via un champ magnétique.
Nous sommes parvenus à montrer que dans le composé multiferoïque BiFeO3 nous
étions capables de contrôler les excitations d’onde de spin via l’application d’un champ
électrique à température ambiante sous faible puissance et de manière pérenne.
Fig.6: a) (P–E) Cycle d’hystérésis à température ambiante. b) Variation en tension de la fréquence
d’un mode d’onde de spin. Les déplacements en fréquences des ondes de spin suivent le cycle de
polarisation selon le chemin 1 (diamant rouge), 2 (étoile bleue), 3 (disque orange) et 4 (carré vert).
Nos résultats expérimentaux (référence 44 de la liste des publications) démontrent
clairement que la fréquence des ondes de spins peut varier de plus de 30%, ce qui
représente plusieurs ordres de grandeur supérieurs à ce qui a été précédemment reporté.
La polarisation ferroélectrique agit comme un variateur qui permet de contrôler la
fréquence de l’onde de spin. Nous démontrons par des calculs de théorie de Landau qu'elle
provient d'un mécanisme de couplage magnéto- électrique contrôlé linéairement par un
champ électrique.
Nos résultats qualifient non seulement BiFeO3 comme milieu prometteur pour les
dispositifs magnoniques mais également, et plus généralement, prolongent le potentiel de ce
matériel multifonctionnel à transformer l'information d'une variable d'état en une autre (par
exemple, charge, rotation, lumière, etc.) dans de futures architectures informatiques
hybrides.
22

Les multiferoïques magnéto-électriques possèdent la coexistence des phases
magnétiques et ferroélectriques, avec des effets de corrélations croisées entre les degrés de
liberté magnétiques et électriques. En soi, ils peuvent potentiellement être employés pour
commander les propriétés liées au spin via un champ électrique, avec une très faible
puissance de dissipation. En effet, comme le couplage entre les paramètres d’ordres
magnétiques et ferroélectriques existe dans les multiferoïques, des excitations couplées du
spin et du réseau cristallin nommées les électromagnons ont été également révélés.
De telles excitations hybrides ont été observées par A. Pimenov (Université de Wien,
Autriche) à basse température dans des manganites multiferoïques (TbMnO3) et suspectées
à température ambiante dans BiFeO3. Ces nouvelles excitations sont directement liées au
couplage électromagnétique et reflètent les relations intimes entre les ordres magnétiques et
ferroélectriques. Cependant, les composantes magnétiques et polaires constituants
précisément les électromagnons n'ont pas été encore identifiées. La compréhension des
électromagnons appartient aux enjeux majeurs du domaine des multiferoïques et font l’objet
d’une recherche très intense aujourd’hui. Nous avons récemment montré que dans le
composé multiferoïque TbMnO3 le champ magnétique impacte fortement les excitations
d’électromagnons (référence 43 de la liste des publications).
La polarisation électrique des électromagnons est fortement modifiée sous le champ
magnétique tandis que leur partie magnétique est préservée. En entrant dans la phase para
électrique le poids spectral des électromagnons est transféré aux excitations de magnon.
Nous avons clairement déterminé l'excitation magnétique à l'origine de l'électromagnon et le
mode de phonon polaire qui donne son activité polaire à l'excitation du magnon pour créer
un électromagnon.
3) Projet de recherche sur les multiferoïques lors de mon congé pour recherche.
Le projet est centré autour d’une famille de composés dans lesquels les ordres
ferroélectrique et magnétique coexistent. Ces composés dits multiferroïques, font l’objet d’un
intense effort de recherche car ils montrent des effets magnéto-électriques exaltés. Les
multiferroïques sont de d’excellents candidats pour la manipulation des états de spin avec
des champs électriques ainsi que la modification des propriétés diélectriques avec un champ
magnétique. Ces possibilités ouvrent la voie à un large champ d’applications dans le
domaine émergeant de la spintronique.
Le projet se focalise sur l’étude de plusieurs multiferroïques, tous des oxydes, par
diffusion inélastique de la lumière (ou diffusion Raman). La capacité de la sonde Raman
permet d’obtenir des informations sur les mécanismes microscopiques des effets magnétoélectriques
sera exploitée en la combinant avec des paramètres externes comme les
champs magnétique et électrique mais aussi la pression hydrostatique. Le but de ces
paramètres externes est de modifier simultanément et/ou indépendamment, les ordres
magnétique et ferroélectrique afin d’en étudier l’impact sur les excitations de spin et de
réseau. Les matériaux étudiés iront du composé multiferroïque BiFeO3 aux multiferroïques
frustrés comme TbMnO3 ou CuFeO2. Leurs diagrammes de phase magnétique et
ferroélectrique en fonction de la température, du champ magnétique et de la pression seront
explorés. Le caractère potentiellement unificateur du concept d’électromagnons sera étudié
à la lumière des théories récentes de l’effet magnéto électrique dans les composés
multiferoïques.
23

Liste de publications
• Chapîtres d’ouvrages ou œuvre collecitve
1. A. Sacuto, et al. “ New insights into the phase diagram of the copper oxide superconductors from
electronic Raman scattering Electronic Raman scattering in cuprates” en cours de redaction sera
publié dans “Reports on Progress in Physics en 2012”.
2. A. Sacuto et R. Combescot, "Analysis of the superconducting gap by electronic Raman scattering in
HgBaCaCuO single crystals" dans l’ouvrage intitulé: The gap symmetry and Fluctuations in High-Tc
Superconductors, p 291, editeurs J. Bok, G. Deutscher, D. Pavuna and S. Wolf , Plenum, New York
(1998).
3. M. Balkanski et A.Sacuto, "Light scattering in YBa2Cu3O6+x with variable oxygen content" dans
l'ouvrage intitulé "Théories of Matter" p. 156, édité par M. Balkanski, M. Lax et H.R. Trebin, World
Scientific Singapour, (1994).
• Rapport de conjectures
- Rapport de conjecture du comité National de la Recherche Scientifique 2006 à la demande du CNRS,
CNRS éditions, page 197-206.
• Publications dans des revues scientifiques à public large
M. Cazayous, Y. Gallais et A. Sacuto «Des ondes de spin pour l’électronique», Pour la Science n°409,
114, Nov. 2011.
J. Bobroff, P. Bourges, A. Georges et A. Sacuto, « la supracondcutivité prend son envol », Journal du
CNRS n° 255, 20 en 2011.
J. Bobroff, P. Bourges, A.Georges et A. Sacuto, A. Sacuto « current trends in superconductivity »,
CNRS International Magazine, n° 22, 21, 2011.
M. Cazayous, Y. Gallais, A. Sacuto, R. de Sousa, D. Lebeugle et D. Colson « Des électromagnons
cycloïdaux observés dans un matériau mulitféroïque », article en ligne sur le site de l’institut de
physique du CNRS du 16 mars 2009 : http://www.cnrs.fr/inp/spip.php?article205
Y. Gallais, M. Cazayous et A. Sacuto : « les supraconducteurs se mettent au fer», La Recherche
n°426 intitulée : Les 10 découvertes de l’année, p.54, Janvier 2009
Entretiens de A. Sacuto dans le Journal du CNRS n° 226, Novembre 2008, dans l’article « Ces
énergies qui vont faire parler d’elles »
Entretiens de A. Sacuto pour la rédaction de l’article « Collusion à très basse température » dans La
Recherche n° 424, page 10, novembre 2008
Entretiens A. Sacuto « les bienfaits de la fée magnétique » dans le quotidien Libération du 2
septembre 2008, n°8499, p.28 propos recueilli par Vahé Terminassian
Entretiens de A. Sacuto pour la rédaction de l’article « Le premier supra-isolant » dans La
Recherche, n° 420, juin 2008, page 10
A .Sacuto et M. Cazayous, « Des vibrations dans les supraconducteurs », La Recherche, 1 an de
Science : les grands événements 2006, p. 75, n°404, Janvier 2007.
A. Sacuto, M. Le Tacon et A. Georges, « L'énergie "cachée" de la supraconductivité des oxydes de
cuivre enfin révélée », Les Brèves du CNRS, Paris, 2 aout 2006. L’article se trouve sur le site web du
CNRS a l’adresse suivante : http://www2.cnrs.fr/breves/27.htm?debut=8
24

A. Sacuto, Y. Gallais et M. Le Tacon, « La supraconductivité des cuprates : un nouvel état de la
matière exploré par sonde Raman », Bulletin de la Société Française de Physique, n° 144, p 12, mai
2004.
• Publications dans des revues internationales à comité de lecture
(les articles précédés de * sont issus de conférence)
Les cuprates et pnictures supraconducteurs :
1. A. Sacuto, Y. Gallais, M.Cazayous, S. Blanc, M.A Méasson, J. Wen, Z. Xu, G. Gu, D Colson
« Electronic Raman scattering in copper oxide superconductors: Understanding the phase diagram ;
Diffusion Raman électronique dans des oxydes de cuivre supraconducteurs : Comprendre le
diagramme de phase », Comptes rendus Physique, 12 , 480, 2011, Académie des Sciences,
éditeurs : J.P.Brison et A. Bouzdine, (2011), Elsevier Publisher.
2. L. Chauvière, Y. Gallais, M. Cazayous, M.A. Méasson, A. Sacuto, D. Colson, A. Forget, “ Raman
scattering study of Spin-Density-Wave order and electron-phonon coupling in Ba(Fe1-xCox) 2As2” , PRB
84, 104508 (2011) .
3. S. Blanc, Y. Gallais, M. Cazayous, M. A. Méasson, A. Sacuto, A. Georges, J. S. Wen, Z. J. Xu, G.
D. Gu, and D. Colson, “Publisher's Note: Loss of antinodal coherence with a single d-wave
superconducting gap leads to two energy scales for underdoped cuprate superconductors”, Phys.
Rev. B 82, 189903(E) (2010).
4. L. Chauvière, Y. Gallais, M. Cazayous, M.A. Méasson, A. Sacuto, D. Colson and A. Forget, “Impact
of the Spin Density Wave Order on the Superconducting Gap of Ba(Fe1-xCox)2As2, “Phys. Rev. B 82
180521(R) (2010).
5. S. Blanc, Y. Gallais, M. Cazayous, M. A. Méasson, A. Sacuto, A. Georges, J. S. Wen, Z. J. Xu, G.
D. Gu, and D. Colson, “Loss of antinodal coherence with a single d-wave superconducting gap leads
to two energy scales for underdoped cuprate superconductors”, Phys. Rev. B. 82, 144516 (2010).
6. S. Blanc, Y. Gallais, A. Sacuto, M. Cazayous, M.A. Measson, G.D. Gu, J.S. Wen, , Z.J. Xu,
“Quantitative Raman measurement of the evolution of the Cooper-pair density with doping in
Bi2Sr2CaCu2O8+d superconductors », Phys. Rev. B 80 , 140502, (2009).
7. L. Chauviere, Y. Gallais, M. Cazayous, A. Sacuto, M.A. Measson, D. Colson and A. Forget A
“Doping dependence of the lattice dynamics in Ba(Fe1-xCox)(2)As-2 studied by Raman
spectroscopy”, Phys. Rev. B 80, 094504, (2009).
8. A. Sacuto A, Cazayous M, Guyard W, et al. “Nodal and antinodal gaps in the superconducting state
of cuprates », Journ. of Phys. and Chem. of Solids 69, 3049-3051, (2008).
9. Y. Gallais, A. Sacuto, M. Cazayous, P. Cheng, L. Fang, et H. H. Wen “Temperature dependence
and resonance effects in Raman scattering of phonons in NdFeAsOxF1−x single crystals , Phys. Rev. B
78, 132509 (2008).
10. W. Guyard, A. Sacuto, M. Cazayous, Y.Gallais, M. Le Tacon, D. Colson et A. Forget ,
“temperature dependence of the gap size near the Brillouin Zone Nodes of HgBa2CuO4
superconductors , PRL 101, 097003 (2008).
11. W. Guyard, M. Le Tacon, M. Cazayous, A. Sacuto, A. Georges, A. Forget et D. Colson, “
Breakpoint in the evolution of the gap through the cuprate phase diagram » Phys. Rev. B 77,
24524, (2008).
12. M. Le Tacon, A. Sacuto, Y. Gallais, D. Colson et A. Forget “Investigations of the relationship
between Tc and the superconducting gap under magnetic and nonmagnetic impurity substitutions in
YBa2Cu3O7−δ” , Phys. Rev. B 76, 144505 (2007)
25

13. M. Le Tacon, A. Sacuto, A. Georges et G. Kotliar, Y. Gallais, D. Colson et A. Forget, “Two energy
scales and two distinct quasi-particle dynamics in the superconducting state of under-doped cuprates”,
Nature Physics 2 (8), 537-543 Aug. (2006).
14. * W. Guyard, M. Cazayous, A. Sacuto et D. Colson “Experimental evidences for a strong electron
phonon coupling between electrons and the apical oxygen phonon of HgBa2CuO4+d, Physica C 460,
380 (2007).
15. * M. Le Tacon, A. Sacuto et D. Colson, “Dichotomy in quasiparticle dynamics of under-doped
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16. * M. Le Tacon, Y.Gallais, A. Sacuto et D. Colson “Interplay between the A1g electronic Raman
scattering peak and the neutron magnetic Resonance” , Journal of Phys. and Chem.of Solids, 67 (1-
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17. Y. Gallais, M. Le Tacon, A. Sacuto, et D. Colson, ”Coupling between quasi-particles and a bosonic
mode in the normal state of HgBa2CuO4+δ “, Europhys. Lett., 73, 1 (2006)
18. M. Le Tacon, A. Sacuto, D. Colson, “Two distinct electronic contributions in the fully Symmetric
Raman response of high-Tc cuprates”, Phys. Rev. B, 71, 100504, (2005).
19. Y. Gallais, A. Sacuto, T. Devereaux et D. Colson « Interplay between pseudogap and
superconductivity in Hg1201 » Phys. Rev. B 71, 012506 (2005).
20. * Y. Gallais, A. Sacuto, D. Colson, «Resonant Raman scattering in cuprates » Physica C 408-410,
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21. Y. Gallais, A. Sacuto, Ph. Bourges, Y. Sidis, A. Forget et D. Colson, "Evidence for a new energy
scale in the Raman spectra of high-Tc cuprates Phys. Rev. Lett. 88, 177401 (2002).
22. A. Sacuto, J. Cayssol, P. Monod et D. Colson, "Electronic Raman scattering on the underdoped
HgBa2Ca2Cu3O8+δ high-Tc superconductor: the symmetry of the order parameter", Phys. Rev. B 61,
7122 (2000).
23. * A. Sacuto, D. Colson, A. Forget et J. Cayssol, "Raman scattering on oxydes phases related to
the mercurate high-Tc superconductors" Physica C 341-348, 2253 (2000).
24. * A. Sacuto, J. Cayssol, P. Monod, B. Jusserand et D. Colson, "Electronic Raman scattering
on under-doped mercurate high-Tc superconductors: the symmetry of the order parameter,
Physica
C 341-348, 1667 (2000).
25. A. Sacuto, R. Combescot, N. Bontemps, C. A. Muller, V. Viallet et D. Colson " Electronic Raman
scattering in HgBa2Ca2Cu3O8+δ single crystals :analysis of the superconducting state " , Phys. Rev. B
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26. A. Sacuto, R. Combescot, N. Bontemps, P. Monod, V. Viallet et D. Colson, "Nodes of the
superconducting gap probed by electronic Raman scattering in HgBa2CaCu2O6+δ", Europhys. Lett.
39, 207-212 (1997)
27. * A. Sacuto, R. Combescot, N. Bontemps, P. Monod, V. Viallet et D. Colson, "Symmetry of the
superconducting gap in HgBa2CaCu2O6+δ, single crystals from electronic Raman scattering ", Physica
C 282-287, 1013 (1997).
28. * R. Desmicht , A. Sacuto et J. Jegoudez "Determination of the a and b axes in YBCO single
crystal by a polarization set up ", Physica C 282-287, 471 (1997).
29. A. Sacuto, R. Desmicht et J. Jegoudez, "Straightforward identification of the a and b crystalline
axes by polarizing microscope set up", Superconductor Sciences and Technology, 9, 483-487(1996).
30. A. Sacuto, A. Lebon and D. Colson, A. Bertinotti, J-F. Marucco et V. Viallet , "Normal modes study
of HgBa 2 Ca 2 Cu 3 O 8+δ single crystals by a micro-Raman analysis", Physica C 259, 209-217 (1996).
26

31. A. Sacuto, C. Julien, V. A. Shchukin, C. Perrin et M. Mokhtari, "Charge transfer in YBa2Cu3O6
doped with fluorine: infrared reflectance and Raman scattering studies", Phys. Rev. B 52, 7619 (1995).
32. A. Sacuto, M. A. Kanehisa, O. Gorochov, "An electronic Raman scattering study on YBa 2 Cu 3 O 7
in the superconducting state", J. Phys. : Condens. Matter 6, 1057-1064 (1994).
33. * A. Sacuto, C. Julien, V. Shchukin, M. Mokhtari et C. Perrin, "Free carriers density enhancement
in the CuO 2 planes of the YBa 2 Cu 3 O 6 F y compounds at the Insulator/Metal transition: A Raman
scattering analysis", Physica C 235-240,1293 (1994).
34. J. Garcia Lopez, J. C. Cheang Wong, C. Ortega, J. Siejka, I. Trimaille, A. Sacuto, G. Linker et O.
Meyer, "Combination of IBA techniques and Raman spectroscopy to study defects in 18 O labelled
YBaCuO thin films", Nucl. Instr. and Meth. in Phys. Res. B 85, 462-467(1994).
35. * G. Hauchecorne, C. Boccara, J. Bok, J. P. Contour, J. Demoment, J. P. Roger, H. Raffy et A.
Sacuto "Current induced optical birefringence in superconducting YBaCuO(123) and
BiSrCaCuO(2212) thin films", Physica C 235-240, 2099 (1994).
36. A. Sacuto, M. Balkanski et O. Gorochov, "Cu-O chains contribution to the electronic Raman
scattering of YBaCuO single crystal", Solid Stat. Comm. 85, 587-592, (1993).
37. * A. Sacuto, M. Balkanski, O. Gorochov et R. Suryanarayanan, "Raman scattering on
YBa 2 Cu 3 O 7-δ single crystals with variable oxygen content", Journal of Alloys and Compounds 195,
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38. * J. C. Cheang Wong, C. Ortega, J. Siejka, I. Trimaille, A. Sacuto, O. Meyer, G. Linker et F.
Mayca, "Selective 18 O labelling in a-axis oriented YBaCuO thin film, Journal of Alloys an Compounds,
195, 137 (1993).
39. * J. C. Cheang Wong, C. Ortega, J. Siejka, I. Trimaille, A. Sacuto, L. Mercandalli et F.Mayca,
"Study of oxygen content and disorder in YbaCuO thin films with enlarged c-axis lattice parameter,
Journal of Alloys and Compounds, 195, 675-678 (1993).
40. J. C. Cheang Wong, C. Ortega, J. Siejka, I. Trimaille, A. Sacuto, M. Balkanski, G. Vizkelethy, "Use
of RBS and Raman spectroscopy to study oxygen mobility in YbaCuO thin films by 18 O tracing
experiments", Nucl. Instr. and Meth. in Phys. Res. B 64, 179-183 (1992).
41. * M. Balkanski et A. Sacuto, « Determination of the superconducting gap in YBa2Cu3O7 », High-Tc
Superconductor thin Films, Elsevier Science publishers, B.V, L. Correra (editor), p. 407 (1992).
42. Z. V. Popovic, A. Sacuto et M. Balkanski "Raman spectra of Nd 1.85 Ce 0.15 CuO 4 ", Solid Stat.
Comm. 78, 99 (1991).
Les multiferroïques
43. P. Rovillain, M. Cazayous, Y. Gallais, M-A. Measson, A. Sacuto, H. Sakata, M. Mochizuki
“Magnetic field induced dehybridization of the electromagnons in multiferroic TbMnO3” Phys. Rev.
Lett. 107, 027202 (2011)
44. P. Rovillain, R. de Sousa, Y. Gallais, A. Sacuto, M. A. Méasson, D. Colson, A. Forget, M. Bibes, A.
Barthélémy, M. Cazayous,”Electric-field control of spin waves at room temperature in multiferroic
BiFeO3”, Nature Materials 9, 975 (2010).
45. P. Rovillain, M. Cazayous, Y. Gallais, A. Sacuto, M-A. Measson, and H. Sakata, “Magneto-electric
excitations in multiferroic TbMnO3 by Raman scattering”, Phys. Rev. B. 81, 054428 (2010).
27

46.P. Rovillain, M. Cazayous, Y. Gallais, A. Sacuto R. Lobo, , D Lebeugle and D Colson, “Polar
phonons and spin excitations coupling in multiferroic BiFeO3 crystals », Phys. Rev. 79, 180411,
(2009).
47. M. Cazayous, A. Sacuto, et D. Colson, « Interplay between a two phonon mode and high energy
magnetic excitations in Bi FeO3 » Eur. Phys. J. B 67, 209 (2009).
48. P. Rovillain, M. Cazayous, A. Sacuto, D. Lebeugle, D. Colson, « Piezoelectric measurements on
BiFeO3 single crystal by Raman scattering », JMMM. 321, 1699-1701 (2009).
49. M. Cazayous, Y. Gallais, A. Sacuto, R. de Sousa, D. Lebeugle et D. Colson, « Possible
observation of cycloidal electromagnons in BiFeO3 » Phys. Rev. Lett. 101 37601 (2008).
Les conducteurs moléculaires:
50. G. Lamura, Andreone, A, Yang, Y, Barbara, P., Vigolo, B. Herold, C. Mareche, J.-F..Lagrange, P.,
Cazayous, M., Sacuto, A., Passacantando, M., Bussolotti, F., Nardone, M. “ High-crystalline single-
and double-walled carbon nanotube mats grown by chemical vapor deposition, J. of Phys. and Chem.
C 111 (42): 15154-15159 (2007)
51. S. Nakamae, M. Cazayous, A. Sacuto, P. Monod, and H. Bouchiat,
”Comment on Intrinsic low temperature paramagnetism in B-DNA"- Reply, Phys. Rev. Lett. 96 (8),
89802,(2006).
52. S. Nakamae, M. Cazayous, A. Sacuto, P. Monod et H. Bouchiat, « Intrinsic Low Temperature
Paramagnetism in B-DNA » Phys. Rev. Lett. 94, 248102 (2005).
53. S. Nakamae, M. Cazayous, A. Sacuto, P. Monod, and H. Bouchiat ”S. Nakamae et al. Reply”,
Phys. Rev. Lett. 95, 189802, (2005).
54. M. Cazayous, A. Sacuto, G. Horowitz, Ph. Lang, A. Zimmer, and R. Lobo,”Iodine insertion in
pentacene thin films investigated by infrared and Raman spectroscopy” , Phys. Rev. B. 70, 81309 ,
Rapid Comm. (2004).
La plasmonique et les nano-particules
55. M. Cazayous, C. Langlois, C. Ricolleau, and A. Sacuto, “Cu-Ag core-shell nanoparticles: A direct
correlation between micro-Raman and electron microscopy », Phys. Rev. B 73 (11), 113402, Mar.
(2006).
56. * Cazayous, M. , Langlois, C.), Oikawa, T., (Ricolleau, C., Sacuto, A. «Confocal Raman and TEM
measurement at the same area on nanoparticles” , Micro electronic Engineering 84 (3): 419-423
(2007).
Les Semiconducteurs
57. * J. F. Morhange, M. Jouanne, A. Sacuto, Le Thanh Vinh, M. Eddrief, M. A. Kanehisa, I. Ivanov,
R. Schwartcz, « A Raman characterization of the InSe and GaSe thin films epitaxially grown
on Si (111) by molecular beam epitaxy », Physics of Semiconductors. World Scientific, Singapore,
Vol. 3, 2748 (1995).
58. Le Thanh Vinh, M. Eddrief, C. Sébenne, A. Sacuto and M. Balkanski, "Heteroepitaxy of GaSe
layered semiconductor compound on Si(111)7X7 substrate: a Van der Waals epitaxy?", Journal of
Crystal Growth 135, 1-10 (1994).
28

Conférences Invitées
Conférences Internationales :
Sur les supraconducteurs :
1.A.Sacuto “Superconducting gap and pseudo gap in hole doped cuprates”, the 26 th international
conference on low temperature physics, August 2011, Beijing, Chine. Invité par Z. Zhao and L. Lu.
2. A. Sacuto, “How can we relate the critical temperature and the superconducting gap amplitude in
cuprate superconductors?”, APS Physics, March Meeting, 21 – 25 mars , Dallas 2011
3. A. Sacuto,” Loss of coherent Quasi-Particles in under doped cuprates: an electronic Raman
scattering study”, International conferences of Low-Energy Electrodynamics in Solids, (LEES 2010) du
5 au 10 juillet 2010) , University of Geneva, (invité par Dirk Van der Marel and Th. Giamarchi )
4. A. Sacuto, “Energy scales and k-space confinement of superconductivity in under-doped cuprates”,
The 9th International Conference on Spectroscopies in Novel superconductors (SNS2010), Shanghai,
Chine du 23-28 mai , 2010, (invité par Dong-Lai Feng).
5. A. Sacuto “ Doping evolution of the Cooper pairs density around the Fermi surface in cuprate
superconductors” 9th International Conference on Materials and Machanisms of Superconductivity
(M2SIX) , Tokyo, 7-12 septembre 2009 (invité par J. Akimitsu et H. Fukuyama).
6. A. Sacuto, "Momentum-space islands of Cooper pairs in underdoped cuprates", colloque francojaponais,
JST-CREST program (organisé au Collège de France , paris 15-17 juin 2009, (invité par A.
Georges) ,
7. A. Sacuto « Quasiparticles dynamics in cuprates», Workshop on Emergence of inhomogeneous
phases in strongly correlated electron systems", Paris, France du 30 juin 3 juillet, 2009, University of
Florida Paris Research Center (invité par P. Hirschfeld).
8. A. Sacuto « k-space islands of Cooper pairs in the under-doped regime of Bi-2212 », Grodon
Research Conference in superconductivity in Hong Kong University, China du 2 au 7 juin 2009,
(invité par F. Zhang)
9. A. Sacuto « understanding the energy scales in the cuprate phase diagram : an electronic Raman
scattering analysis” , Joint Work shop of the MPI-FKF Stuttgart and the DFG Research unit 538,
Schloss Ringberg, Allemagne, 3-7 Novembre 2008. (invité par B. Keimer et R. Hackl)
10. A. Sacuto” Electronic Raman scattering in Cuprates”, International school of « strong correlation in
materials and atom traps » at the International Center for Theoretical Physics, Trieste, Italie, du 4 au
15 aout 2008 (invité par P. Colman et A. Chubukov)
11. A.Sacuto « Gaps in cuprates » International Conference on Low Energy Electrodynamics in
Solids, (LEES 08), Vancouver- Whistler British Columbia, Canada du 30 ou 4 juillet 2008 (invité
par A. Damascelli)
12. A. Sacuto “Evolution of the gaps through the cuprate phase-diagram” invited speaker, Session L4.
Room: Morial Convention Center, APS March Meeting ,New Orleans, Louisiana , USA du 10 au 14
Mars 2008 (invité par A. Yasdani)
13. A. Sacuto “ Gaps in the superconducting state of cuprates and our understanding”, 8th
International Conference on Spectroscopies in Novel Superconductors (SNS 2007) à Sendai au
Japon du 20 au 24, Août 2007 (invité par S. Maekawa).
29

14. A. Sacuto “Two energy scales and two quasiparticle dynamics in the superconducting state of
underdoped cuprates”, 8 th
International Conference on Materials and Mechanisms of
Superconductivity and high Temperature Superconductors”, M2S-HTSC VIII, Dresden, Allemagne, 9-
14 Juillet 2006. (invité par J. Fink )
15. A. Sacuto, M. Le Tacon, Y.Gallais, A. Georges et G. Kotliar “Gordon Research Conferences on
superconductivity”, Santa Ynez Valley, Buelton, California, (USA), 22-27 Janvier 2006 (invité par
J.C. Davis).
16. A. Sacuto “Interplay between the charge and spin channels from the Raman and Neutron
scattering point of view”, Winter Conference 2005 in Condensed Matter on high-Temperature
superconductivity, Aspen Colorado (USA), 9-15 janvier 2005, (invité par E. Abrahams).
17. A. Sacuto « Electronic Raman scattering as a probe of the cuprates phase diagram » 7 th
International Conference on Spectroscopies in Novel Superconductors, (SNS 2004) Sitges, Espagne,
Juillet 2004, (invité par M. C. Asensio).
18. A. Sacuto, “Raman Probe of the cuprate phase diagram” International Workshop on Evolution of
Quantum Effects from the Nano- to the Macroscale, Cargese, (Corse) May 17 - 22, 2004 (invité C.
Pepin )
19. A. Sacuto, P. Monod, J. Cayssol, J. N. Isaia, R. Combescot, D. Colson et V. Viallet, "Electronic
Raman scattering in high-Tc", Workshop, STSC/ISMRA/ ENS/CNRS, intitulée:" Synthesis and
unconventional properties of novel oxides: giant magneto-resistance,high temperature
superconductivity", Paris, 4-5 mai 2000. (invité par N. Bontemps)
20. A. Sacuto « Evidence of two energy scales in the superconducting state of cuprates », 7 th
International Conference on Materials and Mechanisims of Superconductivity and High Temperature
Superconductors, Rio, Brésil, 23 - 31 mai 2003, (invité par Elisa Baggio Saitovitch).
21. A. Sacuto, R. Combescot, N. Bontemps, V. Viallet, D. Colson, “Topological analysis of the
superconducting gap in H-Tc superconductors analysis by electronic Raman" ,international workshop
on:" The gap symmetry and fluctuations in High-Tc Superconductors", NATO Advanced Study
Institute, Cargese (Corse) septembre 1997, (invité par J. Bok ).
22. A. Sacuto, R. Combescot, N. Bontemps, P. Monod, V. Viallet and D. Colson , "Nodes of the
superconducting gap probed by electronic Raman scattering in HgBa2Ca2Cu3O8+δ", 5th international
conference "Materials and Mechanisms of superconductivity high temperature superconductors" M2S-
HTSC-V, Pékin, Chine, 28 Fevrier au 4 Mars 1997, (invité par G. Deutscher ).
23. A. Sacuto, M.Balkanski, O.Gorochov and R.Surryanarayanan, "Raman scattering studies of
YBa 2 Cu 3 O 7-δ single crystals as a function of oxygen content δ", Symposium A on High-Tc
Superconductors, E- MRS, Strasbourg, Nov.1992.(invité par L. Correra)
24. A. Sacuto, M. Balkanski, O. Gorochov, L. Correra, "Direct Determination of the Superconducting
gap by Raman Spectroscopy", I.C.A.M, EMRS, Strasbourg, Juin 1991, (invité par L. Correra).
Sur les multiférroiques:
25. M. Cazayous, Y.Gallais, A. Sacuto, (invitation de I. Vekhter declinée, au profit de M. Cazayous) au
workshop-ICAM-I2CAM,intitulé `Spin Helicity and Chirality in
Superconductor and Semiconductor Nanostructures' , University of Karlsruhe, Allemagne, July 13-
17, 2008.
26. M.Cazayous, Y.Gallais, A. Sacuto (invitation declinée au profit de M.Cazayous) , Optical
techniques for multiferroics, Structure and Magnetism in Multiferroics Workshop, Grenoble, 7-9
February.
30

Colloques Nationaux
- Invitation personnelle :
1. A. Sacuto «Existe-t-il une relation simple entre le gap supraconducteur et la température critique de
transition dans les cuprates supraconducteurs ? » GDR MICO, Manoir de la Vicomté, Dinard, 6-9
décembre 2010, (invité par Marie-Bernadette Lepetit)
2. A. Sacuto “Deux échelles d’énergie et deux dynamiques de quasiparticules distinctes dans l’état
supraconducteur des cuprates sous dopes”, Rencontres de Saint Aubin LLB-Soleil, électrons
fortement corrélés, 22-23 juin 2006, (invité).
3. A. Sacuto, R. Combescot, N. Bontemps, D. Colson, et V. Viallet, « Effet Raman et symétrie du
paramètre d’ordre », colloque du GDR supraconducteur « Matériaux, paramètre d’ordre, vortex »,
Caen , du 14 au 16 décembre 1998 (invité).
4. A. Sacuto, R. Combescot, N. Bontemps, P. Monod, V. Viallet and D. Colson, "Etude de la symétrie
du gap supraconducteur dans HgBa2Ca2Cu3O 8+δ , une analyse par diffusion Raman électronique,
quatrième journée nationale d'étude sur les supraconducteurs à haute température critique,
Caen, CRISMAT, 27-28 Mars 1997. (invité)
5. A. Sacuto, R. Combescot, N. Bontemps, P. Monod, V. Viallet and D. Colson, "Etude des noeuds du
gap supraconducteur dans HgBa2Ca2Cu3O 8+δ ": une analyse par diffusion Raman électronique,
colloque GDR supra "propriétés électroniques des oxydes supraconucteurs", Grenoble, 16-17
décembre 1996. (invité)
6. A. Sacuto, M. Kanehisa, O. Gorochov, "Etude de la diffusion Raman électronique sur le composé
YBa 2 Cu 3 O 7-δ dans sa phase normale et supraconductrice", colloque du GDR supra "Interaction des
supraconducteurs avec le champ électromagnétique", Nice, 26-28 Septembre 1994, (invité)
7. A. Sacuto, C. Julien, C. Perrin, M. Mokhtari," Etude de la transition Isolant/Métal dans les composés
YBaCuO dopés au fluor: une analyse par diffusion Raman et réflectivité infra-rouge", colloque du
GDR supra "Elaboration des matériaux et dynamique des vortex", Roscoff, 3-6 Mai, 1994, (invité)
Invitation des doctorants que j’ai encadré:
1. L.Chauviere, Y.Gallais, M.Cazayous et A.Sacuto Doping dependence of the lattice dynamics in
Ba(Fe1−xCox)2As2 studied by Raman spectroscopy", GDR Mico,Le Bois perché, Aspet , 12-15 octobre
2009
2. S.Blanc, Y.Gallais, A.Sacuto et M.Cazayous, GDR Mico, One superconducting gap and Fermi Arcs
lead to 2 distinct energy scales seen by Raman Spectroscopy in cuprate"GDR Mico,Le Bois perché,
Aspet , 12-15 octobre 2009
3. P. Rovillain, M. Cazayous, A. Sacuto, Y.Gallais,« Electro-magnons, Couplage possible entre ondes
de spins et phonons dans le multiferroïque BiFeO3 », GDR MICO, Autrans, 2 décembre 2008.
4. M. Le Tacon et A. Sacuto “A gap can hide another one “.From BCS to Exotic Superconductivity”,
Cargese summer school, 50 th Anniversary of BCS, “from BCS to Exotic Superconductivity”, Cargèse,
juillet , 2007.
5. W. Guyard, Mathieu Le Tacon, Maximilien Cazayous, Alain Sacuto « Rupture de la dynamique des
quasi-particules dans le diagramme de phase des cuprates », Symposium systèmes corrélés,
Congrès Générale de la SFP, Grenoble, juillet 2007.
6. M. Le Tacon « Deux échelles d’énergies dans l’état supraconducteur des cuprates sousdopés
»GDR Neem, Tours, juin 2007.
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7. M .Le Tacon, A. Sacuto, A. Georges, G. Kotliar, D. Colson “ un gap peut en cacher un autre”, Les
journées de la supraconductivité du GDR NEEM (Nouveaux Etats Electroniques de la Matière),
CEA Saclay, décembre 2006.
8 . M. Le Tacon et A. Sacuto “Overview on the electronic Raman scattering in cuprates” UIUC-CNRS
collaboration project , , ESPCI, Paris, décembre 2004.
9. Y. Gallais, A. Sacuto, D. Colson, « Diffusion Raman électronique dans les mercurates » colloque
du GDR “Oxyde à propriétés remarquables, Caen-Colleville 18-21 mai 2003.
10. Y. Gallais, A.Sacuto, D.Colson, “Le diagramme de phase des cuprates “vu” par spectroscopie
Raman électronique” colloque du GDR “Oxyde à propriétés Remarquables“, Paris novembre
2002.
11. Y. Gallais, A. Sacuto, Ph.Bourges, Y.Sidis, D. Colson et A.Forget « Etude comparative des
excitations observées par spectroscopie Raman et diffusion inélastique de neutrons dans
YBa2Cu3O7», Tables Rondes du Laboratoire Léon Brillouin, CEA Saclay, « Magnétisme et
Supraconductivité », 3-4 décembre 2001 (invité)
12. Y. Gallais, A. Sacuto, Ph. Monod, D. Colson et F. Ruillier-Albenque , « Etude de l’effet des
impuretés sur la réponse Raman électronique de monocristaux de YBa2(Cu 1-x Nix)3O7-d, » Colloque
du GDR Oxydes à propriétés remarquables , Bombannes, 5-8 juin 2001.
Séminaires Invités
1. A.Sacuto «News and Views on cuprates superconductors » Université de Rutgers, USA (invité par
les professeurs G.Blumberg et G. Kotliar) 18 mars 2011
2. A.Sacuto « Exploring the cuprate phase diagram by electornic Raman scattering » séminaire au
Brookheaven National Laboratory16 mars 2011, (invité par G. Gu) ,Long Island, USA ,
3. A.Sacuto « Température critique et appariement dans les oxydes de cuivre
supraconducteurs ».Séminaire au Collège de France, le 30 novembre 2010, (invité par A. Georges)
dans le cadre du cours intitulé « Cuprates supraconducteurs : où en est-on ? ».
4. A. Sacuto « Raman studies on electron correlated systems : The latest advances in Raman
scattering high-Tc cuprates will be reviewed”. Programme doctorale en physique troisième cycle de la
physique en suisse Romande, les jeudis 7, 14, 21 octobre et 4 novembre 2010, de 14h15 à 18h00 −
EPFL, Lausanne, (invité par D. Pavuna).
5. A. Sacuto « Exploring the dark side of the cuprate phase diagram », Berkeley, University of
California, USA, Lawrence Berkeley National Laboratory, 6 février 2006, (invité par A. Lanzara).
6. A. Sacuto « Etat de l’art sur l’exploration du diagramme de phase des cuprates par sonde Raman»
Université Paris XI, séminaire « Magnétisme et supraconductivité », Orsay, le 11 avril 2005, (invité
par H. Raffy).
7. A. Sacuto, « Overview on the electronic Raman scattering in cuprates » Max-Planck institut ,
Stuttgart,(Allemagne), le 8 mars 2005, (invité par B. Keimer)
8. A.Sacuto « Spin and charges excitations in the Raman spectra of cuprates » Département de
Physique, Université de l’Illinois, Urbana-Champaign (USA), 18 janvier 2002, (invité par M. Klein).
9. A. Sacuto "Electronic Raman scattering in high-Tc cuprates" Walther-Meissner Institut,
Bayerische der Wissenschften, Garching, Allemagne, 1 décembre 2000, (invité par R. Hackl)
10. A. Sacuto, "Electronic Raman scattering in high-Tc mercurates", New York University,
Département de Physique, New York, 11 février 2000, (invité par P. Levy)
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11. A. Sacuto "Etude des nœuds du gap supraconducteur dans HgBa2CaCu2O6+d: une analyse par
diffusion Raman électronique", Séminaire du Service de Physique de l'Etat Condensée, CEA, Saclay,
26 mars 1997.
12. A. Sacuto "Etude des nœuds du gap supraconducteur dans HgBa2CaCu2O6+d: une analyse par
diffusion Raman électronique", Séminaire du Laboratoire de Physique de La Matière Condensée de l
'École Normale Supérieure, 24 mars 1997.
13. A. Sacuto, "Analyse du gap supraconducteur dans les cuprates-mercure par diffusion Raman
électronique", séminaire du Laboratoire de Physique Théorique et hautes Energies, séminaire
commun à Paris VI, Paris VII et ENS, 28 novembre 1997.
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