Fluctuations fortement non uniformes au sein du Groupe de Renormalisation Fonctionnelle Depuis son introduction, le Groupe de Renormalisation est devenu l'outil théorique de prédilection pour comprendre et décrire le comportement collectif caractérisé par une invariance d'échelle émergente à proximité d'une transition de phase continue. Il offre un cadre conceptuel puissant, mais les résultats exacts étant rares, la recherche de schémas d'approximation génériques et efficaces a été très active dès le départ. Une ligne de recherche récente part d'une formulation exacte du Groupe de Renormalisation, sous la forme d'un Groupe de Renormalisation Fonctionnelle (GRF) pour les fonctionnelles génératrices dépendantes d'échelle, et introduit des approximations potentiellement non perturbatives via des ansatzes pour la fonctionnelle génératrice dépendante d'échelle étudiée. La question que nous abordons est de savoir dans quelle mesure de tels schémas d'approximation génériques sont capables de décrire des problèmes spécifiques où le comportement à longue distance implique des configurations fortement non uniformes avec, par exemple, des excitations localisées. Un exemple d'un tel schéma d'approximation au sein du GRF est l'expansion dérivée de l'action moyenne effective (énergie libre de Gibbs moyenne à gros grain ("coarse-grained") dans le langage des systèmes magnétiques) qui consiste à tronquer la forme fonctionnelle de cette dernière en puissances des moments extérieurs ou, de manière équivalente, en gradients des champs. L'approximation par expansion dérivée se concentre sur les propriétés à grande longueur d'onde et, en termes de configurations "coarse-grained" du système, fonctionne comme une expansion autour de configurations uniformes. On peut donc se demander si un tel schéma est capable de saisir la physique associée à des configurations non uniformes contenant, par exemple, des parois de domaine, des ondes de spin ou des défauts localisés comme les créneaux et les anti-créneaux trouvés dans l'analyse des instantons du modèle d'Ising en 1 dimension. Dans ce travail, nous évaluons la capacité de l'expansion dérivée du GRF à décrire quantitativement la physique à longue distance d'un modèle sur toute la gamme des dimensions spatiales sans connaissance a priori des configurations "coarse-grained" pertinentes dans l'espace réel. Pour ce faire, nous examinons d'abord comment les ordres inférieurs de l'expansion dérivée décrivent l'approche de la dimension critique inférieure dlcdlc de la théorie scalaire de type Ising φ4 qui est censée être contrôlée par la prolifération d'excitations localisées (instantons). Nous montrons que la convergence du potentiel effectif du point fixe décrivant le point critique du modèle est non uniforme dans le champ lorsque la dimension dd s'approche de dlcdlc, avec l'émergence d'une couche limite autour du minimum du potentiel. Au niveau d'approximation non trivial le plus bas (connu sous le nom de LPA’), cela nous permet de faire des prédictions analytiques pour la valeur de la dimension critique inférieure dlcdlc et pour le comportement de la température critique à mesure que d→dlc, qui sont tous deux en assez bon accord avec les résultats exacts connus. Nous considérons également pour le même modèle scalaire de type Ising φ4 la phase ordonnée dans la limite où d→dlc. Nous nous concentrons sur la manière dont le potentiel effectif dans le GRF devient convexe à mesure que les fluctuations spatiales appropriées, qui impliquent maintenant des configurations non uniformes avec une paroi de domaine séparant deux phases, sont incluses dans le calcul.
Fluctuations fortement non uniformes au sein du Groupe de Renormalisation Fonctionnelle Depuis son introduction, le Groupe de Renormalisation est devenu l'outil théorique de prédilection pour comprendre et décrire le comportement collectif caractérisé par une invariance d'échelle émergente à proximité d'une transition de phase continue. Il offre un cadre conceptuel puissant, mais les résultats exacts étant rares, la recherche de schémas d'approximation génériques et efficaces a été très active dès le départ. Une ligne de recherche récente part d'une formulation exacte du Groupe de Renormalisation, sous la forme d'un Groupe de Renormalisation Fonctionnelle (GRF) pour les fonctionnelles génératrices dépendantes d'échelle, et introduit des approximations potentiellement non perturbatives via des ansatzes pour la fonctionnelle génératrice dépendante d'échelle étudiée. La question que nous abordons est de savoir dans quelle mesure de tels schémas d'approximation génériques sont capables de décrire des problèmes spécifiques où le comportement à longue distance implique des configurations fortement non uniformes avec, par exemple, des excitations localisées. Un exemple d'un tel schéma d'approximation au sein du GRF est l'expansion dérivée de l'action moyenne effective (énergie libre de Gibbs moyenne à gros grain ("coarse-grained") dans le langage des systèmes magnétiques) qui consiste à tronquer la forme fonctionnelle de cette dernière en puissances des moments extérieurs ou, de manière équivalente, en gradients des champs. L'approximation par expansion dérivée se concentre sur les propriétés à grande longueur d'onde et, en termes de configurations "coarse-grained" du système, fonctionne comme une expansion autour de configurations uniformes. On peut donc se demander si un tel schéma est capable de saisir la physique associée à des configurations non uniformes contenant, par exemple, des parois de domaine, des ondes de spin ou des défauts localisés comme les créneaux et les anti-créneaux trouvés dans l'analyse des instantons du modèle d'Ising en 1 dimension. Dans ce travail, nous évaluons la capacité de l'expansion dérivée du GRF à décrire quantitativement la physique à longue distance d'un modèle sur toute la gamme des dimensions spatiales sans connaissance a priori des configurations "coarse-grained" pertinentes dans l'espace réel. Pour ce faire, nous examinons d'abord comment les ordres inférieurs de l'expansion dérivée décrivent l'approche de la dimension critique inférieure dlcdlc de la théorie scalaire de type Ising φ4 qui est censée être contrôlée par la prolifération d'excitations localisées (instantons). Nous montrons que la convergence du potentiel effectif du point fixe décrivant le point critique du modèle est non uniforme dans le champ lorsque la dimension dd s'approche de dlcdlc, avec l'émergence d'une couche limite autour du minimum du potentiel. Au niveau d'approximation non trivial le plus bas (connu sous le nom de LPA’), cela nous permet de faire des prédictions analytiques pour la valeur de la dimension critique inférieure dlcdlc et pour le comportement de la température critique à mesure que d→dlc, qui sont tous deux en assez bon accord avec les résultats exacts connus. Nous considérons également pour le même modèle scalaire de type Ising φ4 la phase ordonnée dans la limite où d→dlc. Nous nous concentrons sur la manière dont le potentiel effectif dans le GRF devient convexe à mesure que les fluctuations spatiales appropriées, qui impliquent maintenant des configurations non uniformes avec une paroi de domaine séparant deux phases, sont incluses dans le calcul.
Une histoire d’échelles : groupe de renormalisation, ondelettes et théories effectives pour explorer la physique loin de l’équilibre L’émergence de la complexité à partir du comportement collectif de nombreux éléments en interaction est une question centrale en physique statistique. Cette thèse étudie les systèmes physiques à l’équilibre et hors équilibre en utilisant des théories effectives et en exploitant des concepts du Groupe de Renormalisation (RG) et de la théorie des ondelettes. Comprendre comment les différentes échelles d’un système interagissent est crucial, car des phénomènes collectifs se produisent lorsque le découplage entre les échelles disparait. Dans la première partie, nous introduisons une nouvelle approche pour implémenter le RG basée sur la décomposition d’un champs sur une base d’ondelettes. En raison des fortes propriétés de localisation des ondelettes dans l’espace réel et dans l’espace de Fourier, cette décomposition permet une factorisation approximative de l’Hamiltonien. La formulation fonctionnelle du RG obtenue conduit naturellement à une approximation diagonale, dans laquelle les couplages entre les cellules distinctes de l’espace des phases sont négligés. Nous appliquons cette méthode analytiquement et numériquement à la théorie des champs phi-4. La deuxième partie examine l’émergence d’interactions à longue portée dans un modèle de matière active scalaire, connu sous le nom de Modèle Actif B₊ (AMB₊). Nous utilisons une technique utilisant des réalisations du système, le Wavelet Conditional Renormalization Group, qui combine la décomposition en ondelettes avec un flot RG inversé pour inférer efficacement un modèle d’énergie effective pour le AMB₊. En outre, nous développons une méthode basée sur le Malliavin weight sampling pour analyser les violations du théorème de fluctuation-dissipation à différentes échelles. Nous expliquons également comment utiliser le modèle inféré de l’énergie effective pour calculer le taux de production d’entropie locale. En comparant ces résultats, nous montrons que les écarts significatifs par rapport à l’équilibre thermique et la brisure de symétrie par renversement dans le temps sont étroitement liés à l’émergence d’interactions à longue portée dans l’énergie effective. Dans la troisième partie, nous montrons comment le taux de production d’entropie des systèmes de particules en interaction est accessible directement dans le cadre de la théorie du champ de densité. Ceci est particulièrement utile, car ces théories offrent une description simplifiée et à gros grain des systèmes à plusieurs corps en termes de champ de densité scalaire. Nous construisons soigneusement l’intégrale de chemin associée en utilisant des discrétisations spatiales et temporelles appropriées pour préserver la structure du bruit stochastique. Cela nous permet de retrouver des résultats connus - par exemple, ceux obtenus à partir de la théorie des champs de Doi-Peliti - et d’étendre le formalisme à des modèles dont les diffusivités dépendent fonctionnellement de la densité, comme cela est nécessaire pour décrire les systèmes de particules actives.
L’émergence de la complexité à partir du comportement collectif de nombreux éléments en interaction est une question centrale en physique statistique. Cette thèse étudie les systèmes physiques à l’équilibre et hors équilibre en utilisant des théories effectives et en exploitant des concepts du Groupe de Renormalisation (RG) et de la théorie des ondelettes. Comprendre comment les différentes échelles d’un système interagissent est crucial, car des phénomènes collectifs se produisent lorsque le découplage entre les échelles disparait. Dans la première partie, nous introduisons une nouvelle approche pour implémenter le RG basée sur la décomposition d’un champs sur une base d’ondelettes. En raison des fortes propriétés de localisation des ondelettes dans l’espace réel et dans l’espace de Fourier, cette décomposition permet une factorisation approximative de l’Hamiltonien. La formulation fonctionnelle du RG obtenue conduit naturellement à une approximation diagonale, dans laquelle les couplages entre les cellules distinctes de l’espace des phases sont négligés. Nous appliquons cette méthode analytiquement et numériquement à la théorie des champs phi-4. La deuxième partie examine l’émergence d’interactions à longue portée dans un modèle de matière active scalaire, connu sous le nom de Modèle Actif B₊ (AMB₊). Nous utilisons une technique utilisant des réalisations du système, le Wavelet Conditional Renormalization Group, qui combine la décomposition en ondelettes avec un flot RG inversé pour inférer efficacement un modèle d’énergie effective pour le AMB₊. En outre, nous développons une méthode basée sur le Malliavin weight sampling pour analyser les violations du théorème de fluctuation-dissipation à différentes échelles. Nous expliquons également comment utiliser le modèle inféré de l’énergie effective pour calculer le taux de production d’entropie locale. En comparant ces résultats, nous montrons que les écarts significatifs par rapport à l’équilibre thermique et la brisure de symétrie par renversement dans le temps sont étroitement liés à l’émergence d’interactions à longue portée dans l’énergie effective. Dans la troisième partie, nous montrons comment le taux de production d’entropie des systèmes de particules en interaction est accessible directement dans le cadre de la théorie du champ de densité. Ceci est particulièrement utile, car ces théories offrent une description simplifiée et à gros grain des systèmes à plusieurs corps en termes de champ de densité scalaire. Nous construisons soigneusement l’intégrale de chemin associée en utilisant des discrétisations spatiales et temporelles appropriées pour préserver la structure du bruit stochastique. Cela nous permet de retrouver des résultats connus - par exemple, ceux obtenus à partir de la théorie des champs de Doi-Peliti - et d’étendre le formalisme à des modèles dont les diffusivités dépendent fonctionnellement de la densité, comme cela est nécessaire pour décrire les systèmes de particules actives.
L'approche du groupe de renormalisation tensoriel à la renormalisation des modèles sur réseau Le groupe de renormalisation tensoriel, initialement concu comme un outil numerique, emerge comme un cadre analytique rigoureux pour l'etude des modeles sur reseau en physique statistique. Cette these contribue a cette ligne de recherche en introduisant une serie de nouvelles techniques qui ameliorent le controle a la fois numerique et analytique sur les transformations RG. Premierement, nous developpons une methode pour trouver les points fixes des transformations RG en utilisant la methode de Newton. Cela necessite de surmonter le defi des deformations marginales qui rendent le point fixe non isole et donc inaccessible a la methode de Newton. Nous relevons ce defi en incluant une rotation dans la transformation RG, qui inverse le signe des valeurs propres marginales problematiques et isole un point fixe unique de la famille de points fixes auparavant continue. Cela nous permet de trouver des tenseurs de point fixe avec une precision sans precedent. Nous demontrons la puissance de cette technique via des calculs explicites pour les modeles d'Ising 2D et de Potts a 3 etats dans le regime critique. En utilisant l'algorithme Gilt-TNR avec une dimension de lien de 30, nous trouvons les tenseurs de point fixe critique avec une precision de 1e-9, significativement superieure a ce qui avait ete accompli auparavant. Deuxiemement, nous etudions la sensibilite des donnees CFT obtenues a partir du tenseur de point fixe a la precision du point fixe. Pour deux methodes d'extraction des donnees CFT - la matrice de transfert et la methode de l'operateur de dilatation sur reseau - nous trouvons que l'erreur dans les dimensions d'echelle des operateurs de basse energie est notablement reduite lorsque le point fixe est trouve avec une plus grande precision. L'operateur de dilatation sur reseau montre une sensibilite legerement plus grande dans cette etude.Troisiemement, nous introduisons une nouvelle transformation de renormalisation sans troncature - la transformation 2x1 - ainsi qu'une nouvelle approche pour suivre les flots RG dans des espaces de dimension infinie, que nous appelons tenseurs-chapeaux. Le principal avantage de la transformation 2x1 est sa simplicite : elle peut etre exprimee a l'aide d'un nombre relativement restreint de diagrammes. L'approche des tenseurs-chapeaux consiste a definir une boite englobante de dimension finie pour chaque tenseur et a promouvoir une transformation RG en une fonction maitresse qui regit le flot RG des boites englobantes en suivant des regles de promotion simples. En iterant la fonction maitresse numeriquement, nous etablissons la convergence vers le point fixe a haute temperature pour les tenseurs se trouvant dans un voisinage quantifiable, une amelioration substantielle par rapport aux resultats anterieurs sur la stabilite a haute temperature. Notre theoreme principal montre que les tenseurs avec des ecarts bornes par 0.02 dans 63 secteurs orthogonaux convergent vers le point fixe. Nous appliquons egalement la methode a des modeles specifiques - les modeles d'Ising 2D et XY - en obtenant des bornes explicites sur leur phase a haute temperature.Enfin, nous faisons un pas vers un RG tensoriel rigoureux dans des dimensions superieures. Nous presentons une nouvelle transformation RG sans troncature pour les reseaux de tenseurs 3D dans un voisinage du point fixe a haute temperature, dont les iterations convergent de maniere prouvable vers celui-ci. Notamment, la construction fournit une version rigoureuse de l'algorithme Loop-TNR, s'ecartant des constructions 2D anterieures qui s'inspiraient de l'algorithme TNR. Cela represente une avancee significative, car les techniques anterieures ne se generalisent pas a la 3D.
Le groupe de renormalisation tensoriel, initialement concu comme un outil numerique, emerge comme un cadre analytique rigoureux pour l'etude des modeles sur reseau en physique statistique. Cette these contribue a cette ligne de recherche en introduisant une serie de nouvelles techniques qui ameliorent le controle a la fois numerique et analytique sur les transformations RG. Premierement, nous developpons une methode pour trouver les points fixes des transformations RG en utilisant la methode de Newton. Cela necessite de surmonter le defi des deformations marginales qui rendent le point fixe non isole et donc inaccessible a la methode de Newton. Nous relevons ce defi en incluant une rotation dans la transformation RG, qui inverse le signe des valeurs propres marginales problematiques et isole un point fixe unique de la famille de points fixes auparavant continue. Cela nous permet de trouver des tenseurs de point fixe avec une precision sans precedent. Nous demontrons la puissance de cette technique via des calculs explicites pour les modeles d'Ising 2D et de Potts a 3 etats dans le regime critique. En utilisant l'algorithme Gilt-TNR avec une dimension de lien de 30, nous trouvons les tenseurs de point fixe critique avec une precision de 1e-9, significativement superieure a ce qui avait ete accompli auparavant. Deuxiemement, nous etudions la sensibilite des donnees CFT obtenues a partir du tenseur de point fixe a la precision du point fixe. Pour deux methodes d'extraction des donnees CFT - la matrice de transfert et la methode de l'operateur de dilatation sur reseau - nous trouvons que l'erreur dans les dimensions d'echelle des operateurs de basse energie est notablement reduite lorsque le point fixe est trouve avec une plus grande precision. L'operateur de dilatation sur reseau montre une sensibilite legerement plus grande dans cette etude.Troisiemement, nous introduisons une nouvelle transformation de renormalisation sans troncature - la transformation 2x1 - ainsi qu'une nouvelle approche pour suivre les flots RG dans des espaces de dimension infinie, que nous appelons tenseurs-chapeaux. Le principal avantage de la transformation 2x1 est sa simplicite : elle peut etre exprimee a l'aide d'un nombre relativement restreint de diagrammes. L'approche des tenseurs-chapeaux consiste a definir une boite englobante de dimension finie pour chaque tenseur et a promouvoir une transformation RG en une fonction maitresse qui regit le flot RG des boites englobantes en suivant des regles de promotion simples. En iterant la fonction maitresse numeriquement, nous etablissons la convergence vers le point fixe a haute temperature pour les tenseurs se trouvant dans un voisinage quantifiable, une amelioration substantielle par rapport aux resultats anterieurs sur la stabilite a haute temperature. Notre theoreme principal montre que les tenseurs avec des ecarts bornes par 0.02 dans 63 secteurs orthogonaux convergent vers le point fixe. Nous appliquons egalement la methode a des modeles specifiques - les modeles d'Ising 2D et XY - en obtenant des bornes explicites sur leur phase a haute temperature.Enfin, nous faisons un pas vers un RG tensoriel rigoureux dans des dimensions superieures. Nous presentons une nouvelle transformation RG sans troncature pour les reseaux de tenseurs 3D dans un voisinage du point fixe a haute temperature, dont les iterations convergent de maniere prouvable vers celui-ci. Notamment, la construction fournit une version rigoureuse de l'algorithme Loop-TNR, s'ecartant des constructions 2D anterieures qui s'inspiraient de l'algorithme TNR. Cela represente une avancee significative, car les techniques anterieures ne se generalisent pas a la 3D.
Cette thèse présente une étude détaillée sur les transitions de phase, se concentrant principalement sur le modèle q-Potts. Elle utilise une combinaison de méthodologies numériques et analytiques pour explorer un large spectre de sujets en mécanique statistique, incluant la dynamique associée aux transitions de phase du premier ordre, les impacts de la topologie du réseau sur les processus d’équilibrage, et l’évolution des systèmes désordonnés corrélés à longue portée critique sous le flot du groupe de renormalisation. La première partie de l’étude aborde la dynamique vers l'équilibre au travers d'une transition de phase de premier ordre, en exploitant la limite de grand q du modèle Potts en dimension d = {2, 3} après un refroidissement instantané. En utilisant l’algorithme de Monte Carlo de "heat bath", l'existence d'états quasi stable, le phénomène de "freezing" du système et le mécanisme de "coarsening" ultérieur sont minutieusement explorés. De plus, le rôle de la topologie du réseau dans la dynamique du système, et notamment son effet sur les tendances à la congélation, est analysé. La deuxième partie de la thèse examine le modèle (q ≤ 4)-Potts critique en deux dimensions avec du désordre corrélé à longue distance via des calculs de Monte Carlo et en tenant compte de différentes distributions de désordre. Un des principaux résultats est l'obtention et l’exploration d’un diagramme de phase avec la description d'un point fixe du flux du groupe de renormalisation du modèle pour q ∈ [1, 4]. Ce diagramme de phase est obtenu en mesurant la dimension fractale des amas FK du modèle de q-Potts au point auto-dual pour différentes valeurs de l’exposant de la loi de puissance a et intensités de désordre r. Les dernières sections de l’étude étendent l’analyse pour englober des calculs perturbatifs dans le cadre du groupe de renormalisation, générant de nouvelles valeurs pour les exposants critiques à longue portée. L’application de la méthode du groupe de renormalisation valide les études numériques, confirmant notamment l’existence d’un nouveau point fixe attractif "à longue portée". Un des résultats principaux est le calcul de l’exposant thermique νLR pour les modèles Potts et Ising, et les déterminations des conditions sous lesquelles la conjecture de Weinrib-Halperin peut être violée pour les distributions de désordre non-Gaussiennes au point fixe. En résumé, cette recherche contribue à une compréhension plus profonde des comportements du modèle q-Potts avec ou sans désordre. Ces conclusions ouvrent de nouvelles voies pour explorer les transitions de phase et les phénomènes critiques en mécanique statistique.
Transitions de phases : dynamique et désordre Cette thèse présente une étude détaillée sur les transitions de phase, se concentrant principalement sur le modèle q-Potts. Elle utilise une combinaison de méthodologies numériques et analytiques pour explorer un large spectre de sujets en mécanique statistique, incluant la dynamique associée aux transitions de phase du premier ordre, les impacts de la topologie du réseau sur les processus d’équilibrage, et l’évolution des systèmes désordonnés corrélés à longue portée critique sous le flot du groupe de renormalisation. La première partie de l’étude aborde la dynamique vers l'équilibre au travers d'une transition de phase de premier ordre, en exploitant la limite de grand q du modèle Potts en dimension d = {2, 3} après un refroidissement instantané. En utilisant l’algorithme de Monte Carlo de "heat bath", l'existence d'états quasi stable, le phénomène de "freezing" du système et le mécanisme de "coarsening" ultérieur sont minutieusement explorés. De plus, le rôle de la topologie du réseau dans la dynamique du système, et notamment son effet sur les tendances à la congélation, est analysé. La deuxième partie de la thèse examine le modèle (q ≤ 4)-Potts critique en deux dimensions avec du désordre corrélé à longue distance via des calculs de Monte Carlo et en tenant compte de différentes distributions de désordre. Un des principaux résultats est l'obtention et l’exploration d’un diagramme de phase avec la description d'un point fixe du flux du groupe de renormalisation du modèle pour q ∈ [1, 4]. Ce diagramme de phase est obtenu en mesurant la dimension fractale des amas FK du modèle de q-Potts au point auto-dual pour différentes valeurs de l’exposant de la loi de puissance a et intensités de désordre r. Les dernières sections de l’étude étendent l’analyse pour englober des calculs perturbatifs dans le cadre du groupe de renormalisation, générant de nouvelles valeurs pour les exposants critiques à longue portée. L’application de la méthode du groupe de renormalisation valide les études numériques, confirmant notamment l’existence d’un nouveau point fixe attractif "à longue portée". Un des résultats principaux est le calcul de l’exposant thermique νLR pour les modèles Potts et Ising, et les déterminations des conditions sous lesquelles la conjecture de Weinrib-Halperin peut être violée pour les distributions de désordre non-Gaussiennes au point fixe. En résumé, cette recherche contribue à une compréhension plus profonde des comportements du modèle q-Potts avec ou sans désordre. Ces conclusions ouvrent de nouvelles voies pour explorer les transitions de phase et les phénomènes critiques en mécanique statistique.