Une ellipse dans une foule d'haltères actifs ✛ ✎

Une foule à l'entrée d'un couloir étroit ne se comporte pas comme dans une salle spacieuse : certains sont plaqués contre les murs, d'autres sont poussés vers l'avant. C'est à peu près ce qui se produit lorsqu'une particule allongée se retrouve dans un liquide grouillant d'haltères auto-propulsés. Jusqu'à présent, on ne comprenait pas pourquoi une telle particule se déplace plus vite le long de son axe long que transversalement, ni comment la densité de la foule influence sa vitesse.

Dans le modèle informatique, les scientifiques ont placé une ellipse dans une suspension bidimensionnelle d'haltères actifs qui se repoussent mutuellement au contact. Chaque haltère est composé de deux billes reliées par un ressort et nage vers l'avant grâce à sa propre force. Lorsque les haltères sont peu nombreux, ils ne font que frôler l'ellipse de temps en temps, et celle-ci bouge à peine. Mais dès que la foule se densifie, l'ellipse commence à accélérer : sa vitesse et sa rotation augmentent de plus de dix fois.

Cependant, l'accélération n'est pas infinie. Au-delà d'une densité seuil, les haltères forment un anneau dense autour de l'ellipse, qui agit comme une cage limitant le mouvement. Plus les haltères sont actifs, plus ce seuil est atteint tôt. Il existe donc une densité optimale : en dessous, la foule aide ; au-dessus, elle gêne.

Auparavant, les expériences avec des bactéries donnaient des résultats contradictoires : dans certains cas, la particule diffusait plus vite transversalement, dans d'autres, longitudinalement. On comprend maintenant que tout dépend de la manière dont les nageurs actifs s'accumulent à la surface. Le modèle informatique a isolé uniquement les collisions, sans les flux de fluide, et a montré que ce seul mécanisme suffit pour un transport directionnel.

Revenons au couloir : la foule à l'entrée crée une pression inégale, et un objet allongé pris dans cette foule se déplacera le long de son axe long. Il en va de même pour l'ellipse dans une suspension active : son trajet est dicté non seulement par sa forme, mais aussi par la façon dont la foule s'organise à sa surface. Cela ouvre la voie au contrôle du mouvement des microparticules dans les systèmes vivants, où de telles foules sont omniprésentes.