Modélisation et compréhension des dynamiques de fluides actifs en milieux complexes // Modeling and Understanding Active Fluid Dynamics in Complex Environments

Les fluides actifs, tels que les suspensions de bactéries motiles, sont capables de convertir de l'énergie en mouvement organisé, donnant lieu à des phénomènes émergents remarquables, comme la réduction de la viscosité, la séparation de phases, ou encore la formation de motifs dynamiques (tourbillons, turbulence active). Ils constituent un champ d'étude clé à l'interface de la physique statistique, de l'hydrodynamique et de la biologie, avec des applications en biorémédiation.

Ce projet doctoral vise à modéliser ces fluides dans des milieux poreux et à comprendre la relation entre l'organisation des écoulements et la structure du milieu. L'approche est basée sur l'influence de la concentration en bactéries sur l'écoulement, via un terme de contrainte active, qui permettra de caractériser les régimes dynamiques émergents (ex. : transition vers la turbulence active, formation de vortex cohérents). La combinaison des approches permettra de valider les prédictions par comparaison des données. Mais aussi d'étendre le modèle à un couplage multi-échelle, en intégrant, le cas échéant, des descriptions discrètes (à l'échelle des agents) pour capturer des effets locaux ou des hétérogénéités.
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Active fluids, such as suspensions of motile bacteria, can convert energy into organized motion, giving rise to remarkable emergent phenomena—including viscosity reduction, phase separation, and the formation of dynamic patterns (e.g., vortices and active turbulence). These systems represent a key field of study at the intersection of statistical physics, hydrodynamics, and biology, with applications in bioremediation.

This doctoral project aims to model active fluids in porous media and understand the relationship between flow organization and the geometry of the pore structure. The approach focuses on how bacterial concentration influences flow through an active stress term, enabling the characterization of emergent dynamic regimes (e.g., transitions to active turbulence, formation of coherent vortices). By combining these approaches, the project will validate predictions by comparing them with experimental data. Additionally, the model will be extended to multi-scale coupling, integrating discrete agent-based descriptions where necessary to capture local effects or heterogeneities.
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Début de la thèse : 01/10/2026

Contrats ED : Programme blanc GS-SIS*

Université Paris-Saclay GS Sciences de l'ingénierie et des systèmes

579 Sciences Mécaniques et Energétiques, Matériaux et Géosciences

The ideal candidate should demonstrate a strong interest in numerical and/or experimental modeling. Une maîtrise de l'anglais (oral et écrit) est indispensable en vue de présenter les résultats lors de conférences internationales et de rédiger des publications scientifiques dans des revues de renom. L'orientation numérique ou expérimentale du projet sera définie en collaboration avec la ou le doctorant·e, en fonction de ses compétences et de ses centres d'intérêt.
The candidate should have a strong aptitude for numerical modeling. Proficiency in English will be highly valued for oral presentations at international conferences and for writing papers in international journals. The project's focus—whether computational or experimental—will be determined collaboratively with the PhD student, based on their skills and interests.