Thèse Modélisation de l'Effet des Constraints Environnementales sur l'Émergence d'Un Comportement Collectif chez les Groupes d'Animaux H/F - 75

Établissement : Université Paris-Saclay GS Physique
École doctorale : Physique en Ile de France
Laboratoire de recherche : Laboratoire de Physique des Solides
Direction de la thèse : Rik WENSINK ORCID 0000000162847168
Début de la thèse : 2026-10-01
Date limite de candidature : 2026-04-30T23:59:59

Ce projet de doctorat vise à développer un cadre théorique général permettant de comprendre comment les contraintes environnementales influencent l'émergence d'un mouvement collectif dans les systèmes biologiques. Si les modèles classiques de matière active, tels que le modèle Vicsek, expliquent avec succès comment des règles d'alignement simples génèrent un mouvement collectif, ils supposent généralement des environnements homogènes et statiques. Or, les groupes biologiques réels évoluent dans des environnements complexes influencés par les prédateurs, la répartition des ressources, le confinement et d'autres facteurs environnementaux. Les approches théoriques existantes n'intègrent ces effets que de manière phénoménologique, ce qui limite leur généralité et leur pouvoir prédictif. Ce projet de doctorat propose un modèle stochastique de particules actives dotées d'états internes représentant différents modes de comportement (par exemple, repos, fuite, recherche de nourriture). Les individus évoluent grâce à une dynamique interne couplée (transitions d'état influencées par des signaux environnementaux) et à une dynamique spatiale externe (mouvement régi par les interactions sociales et les forces environnementales). Ce cadre permet d'encoder explicitement les effets environnementaux à travers les taux de transition d'état et les termes de mouvement, reliant ainsi les réponses comportementales individuelles et les phases collectives émergentes. Dans l'ensemble, le projet vise à fournir une description théorique unifiée du mouvement collectif induit par l'environnement, faisant progresser le paradigme de la matière active vers des contextes biologiques plus réalistes et généralisables.

Le mouvement collectif constitue un paradigme central de la matière active, domaine qui étudie des systèmes composés d'unités auto-propulsées capables de convertir de l'énergie microscopique en mouvement macroscopique. Des modèles fondateurs, tels que le modèle de Vicsek, ont montré que des interactions locales minimales d'alignement suffisent à produire de l'ordre à longue portée et des transitions de phase hors équilibre. Cependant, la majorité des cadres théoriques existants supposent des environnements homogènes et statiques. Cette hypothèse contraste fortement avec les observations empiriques réalisées chez les groupes biologiques (poissons, mammifères terrestres, systèmes cellulaires), où la dynamique collective est profondément influencée par des facteurs environnementaux tels que la prédation, la distribution des ressources, la présence d'obstacles ou la confinement spatial. Ces facteurs peuvent induire des transitions dynamiques majeures (fragmentation, immobilisation, réorganisation structurelle). Malgré les avancées expérimentales récentes, il manque encore un cadre théorique général reliant explicitement les réponses comportementales individuelles aux contraintes environnementales et les phases collectives émergentes. Cette lacune limite l'identification de mécanismes universels d'adaptation collective.

-) Développer un cadre théorique stochastique général intégrant l'environnement
-) Identifier les comportements collectifs émergents dans des environnements complexes
-) Mettre en évidence des mécanismes universels à travers différentes échelles et systèmes

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