ERDF — CNRS — TAF — EMERGENT (Q3681604)
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Project Q3681604 in France
| Language | Label | Description | Also known as |
|---|---|---|---|
| English | ERDF — CNRS — TAF — EMERGENT |
Project Q3681604 in France |
Statements
69,500.00 Euro
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139,000.0 Euro
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50.0 percent
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28 February 2023
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CENTRE NATIONAL DE LA RECHERCHE SCIENTIFIQUE
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49°12'0.97"N, 0°20'57.37"W
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14052
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Les écoulements turbulents interviennent dans beaucoup de processus de transferts d'énergie et de masse mais leur compréhension reste un défi majeur. Depuis quelques années, une nouvelle classe de turbulence a été décrite dans les suspensions dense de particules actives : la turbulence mésoscopique est un phénomène distinct de la turbulence inertielle. La turbulence mésoscopique est observée dans des systèmes biologiques avec un nombre de Reynolds quasi-nul (cf. figure dans annexe PJ_TAF_DossierCandidature). Ce nouveau type de turbulence s'établit par l'injection continue d'énergie par les éléments constitutifs du fluide actif (suspension de particules auto-propulsées), et a été observée dans de nombreux systèmes biologiques (suspensions de bactéries, mono-couche cellulaire,). La turbulence naît de l'auto-propulsion des micro-organismes ainsi que de leurs interactions. Cette turbulence active peut avoir des conséquences profondes sur le mélange des nutriments et le transport moléculaire dans des systèmes biologiques. Dans ces systèmes, bien que l'inertie soit négligeable, la turbulence se caractérise par une distribution de tourbillons très désordonnée.Des études récentes ont montré que la turbulence à l'échelle mésoscopique partage certaines propriétés avec la turbulence inertielle. Il a notamment été observé une cascade d'énergie directe et inversée comme il en existe dans les écoulements turbulents à deux dimensions. Il a également été observé que lorsqu'une telle suspension de bactéries était confinée dans un système quasi-1D, on observe l'émergence d'intermittence spatio-temporelle similaire à la turbulence inertielle.Dans le même temps, notre compréhension de la turbulence inertielle dans les écoulements cisaillés a radicalement changé avec l'émergence de l'approche système dynamique, basée sur la connaissance a priori de solutions exactes non-triviales des équations de Navier-Stokes. Dans cette description déterministe de la turbulence, l'écoulement à un instant t correspond à un point unique dans un espace des phases de très grande dimension peuplé de solutions invariantes instables. Une trajectoire turbulente visitera leur voisinage, allant de l'une à l'autre (sans jamais les atteindre). L'identification des solutions invariantes les plus visitées ainsi que leurs connexions dynamiques permet une description déterministe d'un écoulement turbulent en considérant l'écoulement comme un système dynamique.Ce projet fait partie du projet général qui m'a permis d'être très récemment recruté en tant que chargé de recherche du CNRS au Laboratoire Ondes et Milieux Complexes (LOMC). (French)
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Turbulent flows are involved in many energy and mass transfer processes, but their understanding remains a major challenge. In recent years, a new turbulence class has been described in dense suspensions of active particles: mesoscopic turbulence is a distinct phenomenon from inertial turbulence. Mesoscopic turbulence is observed in biological systems with almost no number of Reynolds (see Annex PJ_TAF_DossierCandidature). This new type of turbulence is established by continuous energy injection by the constituent components of the active fluid (suspension of self-propelled particles), and has been observed in many biological systems (bacterial suspensions, cell monolayer,). Turbulence arises from the self-propulsion of microorganisms and their interactions. This active turbulence can have profound consequences for nutrient mixing and molecular transport in biological systems. In these systems, although inertia is negligible, turbulence is characterised by a very disorderly distribution of whirlpools. Recent studies have shown that mesoscopic turbulence shares some properties with inertial turbulence. In particular, a direct and inverted energy cascade has been observed as it exists in turbulent two-dimensional flows. It has also been observed that when such a suspension of bacteria was contained in a near-1D system, the emergence of spatio-temporal intermittence similar to inertial turbulence.At the same time, our understanding of inertial turbulence in sheared flows has radically changed with the emergence of the dynamic system approach, based on the a priori knowledge of exact non-trivial solutions of Navier-Stokes equations. In this deterministic description of turbulence, flow at an instant t corresponds to a single point in a very large phase space populated by unstable invariant solutions. A turbulent trajectory will visit their neighbourhood, going from one to the other (without ever reaching them). The identification of the most visited invariant solutions and their dynamic connections allows a deterministic description of a turbulent flow by considering the flow as a dynamic system. This project is part of the general project that allowed me to be very recently recruited as a research officer of the CNRS at the Laboratory Ondes et Milieux Complexes (LOMC). (English)
18 November 2021
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Turbulente Strömungen sind in vielen Prozessen des Energie- und Massentransfers einfließen, aber ihr Verständnis ist nach wie vor eine große Herausforderung. In den letzten Jahren wurde in den dichten Suspensionen aktiver Partikel eine neue Turbulenzklasse beschrieben: die mesoskopische Turbulenz ist ein Phänomen, das sich von der Trägheitsturbulenz unterscheidet. Die mesoskopische Turbulenz wird in biologischen Systemen mit einer quasi-Null-Reynoldszahl beobachtet (siehe Anhang PJ_TAF_DossierCandidature). Diese neue Art von Turbulenz entsteht durch die kontinuierliche Einspritzung von Energie aus den Bestandteilen der aktiven Flüssigkeit (Suspendierung von selbstfahrenden Partikeln) und wurde in vielen biologischen Systemen (Bakteriensuspensionen, Monozellschichten) beobachtet. Die Turbulenz entsteht durch den Eigenantrieb von Mikroorganismen und deren Wechselwirkungen. Diese aktive Turbulenz kann tiefgreifende Auswirkungen auf die Nährstoffmischung und den molekularen Transport in biologischen Systemen haben. In diesen Systemen ist die Trägheit zwar vernachlässigbar, die Turbulenz ist jedoch durch eine sehr ungeordnete Wirbelverteilung gekennzeichnet.Neueste Studien haben gezeigt, dass metoskopische Turbulenzen bestimmte Eigenschaften mit Trägheitsturbulenzen teilen. Insbesondere wurde ein direkter und umgekehrter Energiefall beobachtet, wie es bei turbulenten zweidimensionalen Strömungen der Fall ist. Es wurde auch beobachtet, dass, wenn eine solche Bakteriensuspension in ein quasi-1D-System eingedämmt wurde, die Entstehung von räumlich-temporaler Intermittenz ähnlich der Trägheitsturbulenz beobachtet wird. Gleichzeitig hat sich unser Verständnis der Trägheitsturbulenz in den Scherfströmen mit der Entstehung des dynamischen Systemansatzes radikal verändert, der auf dem a priori Wissen über exakte nicht-triviale Lösungen der Navier-Stokes-Gleichungen basiert. In dieser deterministischen Beschreibung der Turbulenz entspricht der Fluss zu einem Augenblick t einem einzigen Punkt in einem Raum der sehr großen Phasen, die mit instabilen Lösungen bevölkert sind. Eine turbulente Flugbahn wird ihre Nachbarschaft besuchen, von einer zur anderen (ohne sie jemals zu erreichen). Die Identifizierung der meistbesuchten invarianten Lösungen und deren dynamische Verbindungen ermöglicht eine deterministische Beschreibung eines turbulenten Flusses, wobei der Fluss als dynamisches System betrachtet wird.Dieses Projekt ist Teil des Gesamtprojekts, das es mir ermöglichte, erst kürzlich als Forschungsbeauftragter des CNRS am Laboratoire Ondes et Milieux Complexes (LOMC) rekrutiert zu werden. (German)
1 December 2021
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Turbulente stromen zijn betrokken bij veel energie- en massaoverdrachtsprocessen, maar hun begrip blijft een grote uitdaging. In de afgelopen jaren is een nieuwe turbulentieklasse beschreven in dichte suspensies van actieve deeltjes: mesoscopische turbulentie is een ander fenomeen dan inertial turbulentie. Mesoscopische turbulentie wordt waargenomen in biologische systemen met bijna geen aantal Reynolds (zie Bijlage PJ_TAF_DossierKandidatuur). Dit nieuwe type turbulentie wordt vastgesteld door continue energie-injectie door de samenstellende componenten van de actieve vloeistof (suspensie van zelfrijdende deeltjes), en is waargenomen in vele biologische systemen (bacteriële suspensies, celmonolayer,). Turbulentie komt voort uit de zelfvoortplanting van micro-organismen en hun interacties. Deze actieve turbulentie kan ingrijpende gevolgen hebben voor het mengen van voedingsstoffen en het moleculaire transport in biologische systemen. In deze systemen, hoewel traagheid te verwaarlozen is, wordt turbulentie gekenmerkt door een zeer wanordelijke verdeling van whirlpools. Recente studies hebben aangetoond dat mesoscopische turbulentie sommige eigenschappen deelt met inertiale turbulentie. In het bijzonder is een directe en omgekeerde energiecascade waargenomen omdat deze bestaat in turbulente tweedimensionale stromen. Er is ook waargenomen dat wanneer een dergelijke suspensie van bacteriën was in een bijna-1D-systeem, de opkomst van spatio-temporale intermittentie vergelijkbaar met traagheid turbulentie.Tegelijkertijd is ons begrip van traagheid turbulentie in geschoren stromen radicaal veranderd met de opkomst van de dynamische systeembenadering, gebaseerd op de a priori kennis van exacte niet-triviale oplossingen van Navier-Stokes vergelijkingen. In deze deterministische beschrijving van turbulentie komt de stroom op een ogenblik t overeen met een enkel punt in een zeer grote faseruimte bevolkt door onstabiele invariante oplossingen. Een turbulente traject zal hun buurt bezoeken, van de ene naar de andere (zonder ze ooit te bereiken). De identificatie van de meest bezochte invariante oplossingen en hun dynamische verbindingen maakt een deterministische beschrijving van een turbulente stroming mogelijk door de flow als een dynamisch systeem te beschouwen. Dit project maakt deel uit van het algemene project dat me zeer recent in staat stelde om te worden gerekruteerd als onderzoeksfunctionaris van het CNRS bij het Laboratorium Ondes et Milieux Complexes (LOMC). (Dutch)
6 December 2021
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I flussi turbolenti sono coinvolti in molti processi di trasferimento di energia e di massa, ma la loro comprensione rimane una sfida importante. Negli ultimi anni, una nuova classe di turbolenza è stata descritta in dense sospensioni di particelle attive: la turbolenza mesoscopica è un fenomeno distinto dalla turbolenza inerziale. Turbolenza mesoscopica è osservata nei sistemi biologici con quasi nessun numero di Reynolds (cfr. allegato PJ_TAF_DossierCandidature). Questo nuovo tipo di turbolenza è stabilito mediante iniezione continua di energia da parte dei componenti costitutivi del fluido attivo (sospensione di particelle semoventi), ed è stato osservato in molti sistemi biologici (sospensioni batteriche, monostrato cellulare,). La turbolenza nasce dall'autopropulsione dei microrganismi e dalle loro interazioni. Questa turbolenza attiva può avere profonde conseguenze per la miscelazione di nutrienti e il trasporto molecolare nei sistemi biologici. In questi sistemi, sebbene l'inerzia sia trascurabile, la turbolenza è caratterizzata da una distribuzione molto disordinata dei vortici. Studi recenti hanno dimostrato che la turbolenza mesoscopica condivide alcune proprietà con turbolenza inerziale. In particolare, una cascata di energia diretta e invertita è stata osservata in quanto esiste in flussi bidimensionali turbolenti. È stato anche osservato che quando una tale sospensione di batteri era contenuta in un sistema quasi-1D, l'emergere di intermittenza spazio-temporale simile a turbolenza inerziale. Allo stesso tempo, la nostra comprensione delle turbolenze inerziali nei flussi di torcia è radicalmente cambiata con l'emergere dell'approccio dinamico del sistema, basato sulla conoscenza a priori di soluzioni esatte non banali delle equazioni di Navier-Stokes. In questa descrizione deterministica della turbolenza, il flusso in un istante t corrisponde ad un singolo punto in uno spazio di fase molto grande popolato da soluzioni invarianti instabili. Una traiettoria turbolenta visiterà il loro quartiere, passando da uno all'altro (senza mai raggiungerli). L'identificazione delle soluzioni invarianti più visitate e delle loro connessioni dinamiche permette una descrizione deterministica di un flusso turbolento considerando il flusso come un sistema dinamico. Questo progetto fa parte del progetto generale che mi ha permesso di essere recentemente assunto come ricercatore del CNRS presso il Laboratory Ondes et Milieux Complexes (LOMC). (Italian)
13 January 2022
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Los flujos turbulentos participan en muchos procesos de transferencia de energía y masa, pero su comprensión sigue siendo un gran desafío. En los últimos años, se ha descrito una nueva clase de turbulencia en suspensiones densas de partículas activas: la turbulencia mesoscópica es un fenómeno distinto de la turbulencia inercial. La turbulencia mesoscópica se observa en sistemas biológicos con casi ningún número de Reynolds (ver Anexo PJ_TAF_DossierCandidature). Este nuevo tipo de turbulencia se establece mediante la inyección continua de energía por los componentes constituyentes del fluido activo (suspensión de partículas autopropulsadas), y se ha observado en muchos sistemas biológicos (suspensión bacteriana, monocapa celular). La turbulencia surge de la auto-propulsión de microorganismos y sus interacciones. Esta turbulencia activa puede tener profundas consecuencias para la mezcla de nutrientes y el transporte molecular en sistemas biológicos. En estos sistemas, aunque la inercia es insignificante, la turbulencia se caracteriza por una distribución muy desordenada de los torbellinos. En particular, se ha observado una cascada de energía directa e invertida, ya que existe en flujos bidimensionales turbulentos. También se ha observado que cuando tal suspensión de bacterias estaba contenida en un sistema cercano a 1D, la aparición de intermitencia espacio-temporal similar a la turbulencia inercial. Al mismo tiempo, nuestra comprensión de la turbulencia inercial en los flujos cizallados ha cambiado radicalmente con la aparición del enfoque del sistema dinámico, basado en el conocimiento a priori de soluciones exactas no triviales de las ecuaciones de Navier-Stokes. En esta descripción determinista de la turbulencia, el flujo en un instante t corresponde a un punto único en un espacio de fase muy grande poblado por soluciones inestables invariantes. Una turbulenta trayectoria visitará su barrio, yendo de una a otra (sin llegar a ellos). La identificación de las soluciones invariantes más visitadas y sus conexiones dinámicas permite una descripción determinista de un flujo turbulento considerando el flujo como un sistema dinámico. Este proyecto forma parte del proyecto general que me permitió ser reclutado recientemente como investigador del CNRS en el Laboratorio Ondes et Milieux Complexes (LOMC). (Spanish)
14 January 2022
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Identifiers
19P02821
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