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Fontaine, Stéphane ULiège
Promoteur(s) : Vandewalle, Nicolas ULiège
Date de soutenance : 4-sep-2025/5-sep-2025 • URL permanente : http://hdl.handle.net/2268.2/23884
Détails
Titre : Mémoire
Auteur : Fontaine, Stéphane ULiège
Date de soutenance  : 4-sep-2025/5-sep-2025
Promoteur(s) : Vandewalle, Nicolas ULiège
Membre(s) du jury : Damanet, François ULiège
Opsomer, Eric ULiège
Silhanek, Alejandro ULiège
Langue : Anglais
Mots-clés : [en] Non-reciprocal interactions
[en] DEM
Discipline(s) : Physique, chimie, mathématiques & sciences de la terre > Physique
Centre(s) de recherche : GRASP
Institution(s) : Université de Liège, Liège, Belgique
Diplôme : Master en sciences physiques, à finalité approfondie
Faculté : Mémoires de la Faculté des Sciences

Résumé

[en] Classical mechanics rests on the reciprocity of interactions, as encapsulated in Newton's third law and formalized through Noether’s theorem, which links continuous symmetries to conservation laws. Yet, many physical systems of current interest, from biological collectives to synthetic active matter, violate these assumptions and operate beyond the scope of the traditional variational framework.

In this work, we investigate how breaking reciprocity modifies the structural and dynamical organization of a two-species particle system. Using a discrete element method (DEM) simulation, particles interact through type-dependent forces encoded in an interaction matrix, with a control parameter interpolating between fully reciprocal and maximally non-reciprocal regimes.

Our results reveal a transition from momentum-conserving assemblies to self-organized, motile clusters as reciprocity is broken. Reciprocal interactions yield static or weakly fluctuating structures, while non-reciprocal couplings generate persistent motion, coherent patterns, and core-shell cluster morphologies. The onset of these behaviors depends sensitively on the interaction range and population ratio of the two species. Furthermore, the loss of momentum conservation is linked to the breakdown of Noether’s theorem, establishing a conceptual bridge between microscopic asymmetry and emergent collective motion.

This work highlights non-reciprocity as a fundamental physical mechanism for self-organization, offering a minimal framework to explore how microscopic asymmetries can give rise to macroscopic order.


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Access Memoire_Fontaine_Stéphane_S173333.pdf
Description:
Taille: 124.25 MB
Format: Adobe PDF

Auteur

  • Fontaine, Stéphane ULiège Université de Liège > Master sc. phys., fin. approf.

Promoteur(s)

Membre(s) du jury









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