Institut de Physique Théorique
Direction de la Recherche Fondamentale  -  Saclay
UMR 3681 - INP
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Mercredi 18 octobre 2017

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Francis BERNARDEAU

Chercheur CEA, directeur de l'Institut d'Astrophysique de Paris et

Professeur Chargé de Cours à l'école polytechnique

Institut de Physique Théorique,

CEA, IPhT, F-91191 Gif-sur-Yvette, France et  CNRS, URA 2306, F-91191 Gif-sur-Yvette, France

et

Institut d'Astrophysique de Paris

CNRS et UPMC, UMR 7095, 98 bis Bd Arago, 75014 Paris, France

  33-1 4432 8160  

  et

Activités de recherche : cosmologie théorique dont l'exploration de modèles inflationnaires, l'origine et l'évolution des grandes structures de l'Univers, la physique des lentilles gravitationnelles et du fond diffus cosmologique.

Curriculum Vitae

Dynamique d'instabilité gravitationnelle : Mes premiers travaux menés lors de ma thèse concernaient la dynamique gravitationnelle d'un gaz de poussières et s'inscrivaient à la suite d'études menées par R. Schaeffer et R. Balian au début des années 90.  Les modèles hiérarchiques qu'ils avaient développés s'attachaient à décrire le régime nonlinéaire. Il s'est cependant avéré qu'il était possible d'obtenir beaucoup plus de résultats quantitatifs dans le régime quasilinéaire grace à l'emploi de techniques de théorie des perturbations. Il a ainsi été possible d'obtenir un certain nombre de résultats théoriques portant sur,

Ces recherches ont culminé avec l'écriture d'un long papier de revue sur le sujet, Physics Reports, 367, 1-128 (2002) en collaboration avec S. Colombi, E. Gaztanaga et R. Scoccimarro.
Cette thématique a eu un regain d'intérêt avec le développement de nouvelles méthodes de resommations perturbatives pour le développements de calculs de précisions. Le fondement de ces méthodes peut être trouvé dans les articles de R. Scoccimarro et M. Crocce, Phys. Rev. D 73, 063519 (2006) , Phys. Rev. D 73, 063520 (2006). Je participe maintenant activement au développement de ces techniques de calculs, au travers notamment du développement de la méthode de resommation-Γ, du calcul des propagateurs par la méthode de l'approximation eikonale en collaboration avec P. Valageas (de l’IPhT), R. Scoccimarro et M. Crocce, Phys. Rev. D 78, 103521 (2008), Phys. Rev. D 81, 043516 (2010), Phys. Rev. D 82, 083507 (2010).
L’astigmatisme cosmique : Les travaux précédents sur les grandes structures de l'univers ont débouché sur des études très riches sur la phénoménologie des effets gravitationnels faibles induits par les grandes structures de l'Univers, autrement dit l'astigmanisme cosmique (cosmic shear).
  • En collaboration avec L. van Waerbeke and Y. Mellier (IAP) nous avons initié une étude extensive de la distorsion cosmique, Astron. & Astroph. 322, 1 (1997), Astron. & Astroph. 342, 15 (1999).
  • Ces études ont récemment été étendues à la recherche de propriétés non Gaussiennes dans les relevés de distorsion, d'un point de vue analytique et numérique, Astron. & Astroph. 397, 405 (2003), aussi bien qu'au travers d'une détection dans les données, Astron. & Astroph. Letter 389 (2002) L28.
  • Finalement le développement de cette thématique, notamment dans le cadre de la mise en oeuvre de grands relevés, nous a conduit a examiné l’importance des couplages non-linaires pour les propriétés statistiques de l’astigmatisme cosmique aux grandes échelles angulaires, Phys. Rev. D 81, 083002 (2010). Les conséquences observationnelles de ces couplages sont en cours d’analyse.
Effets des couplages de modes dans les propriétés statistiques du fond diffus cosmologique : un autre domaine où les approches perturbatives peuvent s’appliquer est le fond diffus cosmologique. Là les effets induits par les couplages de mode sont a priori très faibles mais omniprésents, que ce soit à cause de la physique de la recombinaison, des couplages à la métrique y compris des effets des lentilles gravitationnelles.
  • Avec mon étudiant K. Benabed, nous avions examiné les effets de lentille sur les propriétés statistiques du fond diffus cosmologique, Astroph. J. 540, 14 (2000), Phys. Rev. D, 61, 123510, Phys. Rev. D, 63, 043501. Il est maintenant clair que ces effets sont détectables.
  • En collaboration avec Jean-Philippe Uzan et Cyril Pitrou nous avons enfin achevé un projet de longue haleine avec le calcul complet du bispectre des anisotropies de température du fond diffus cosmologique. Nous avons d’abord identifié un mécanisme dominant aux petites échelles, le couplages de modes induits au niveau du potentiel gravitationnel, Phys. Rev. D 78, 063526 (2008). Puis, à l’aide d’un code de Boltzmann complet jusqu’au 2nd ordre nous avons pu calculer l’amplitude et la forme attendue de ce bispectre, JCAP07(2010)003.
Recherche de signatures d'une nouvelle physique : le modèle concordant de cosmologie laisse un certain nombe de questions ouvertes. Au cours de ces dernières années, et à travers des collaborations variées, j'ai exploré des mécanismes en jeu au cours de la phase inflationnaire, la signature observationnelles de défauts topologiques comme les cordes cosmiques, et les effets d'une composante d'énergie noire sur la croissance des structures.
  • La nature de l'énergie du vide est devenu un problème crucial tant du point de vue de la physique des hautes énergies que de la cosmologie observationnelle. Avec mon étudiant Karim Benabed nous avons exploré les conséquences de modèles dits de "quintessence" sur la croissance des grandes structures, Phys. Rev. D, 64, 083501, incluant les effets nonlinaires. Dans le contexte de la cosmologie branaire nous avons aussi exploré les implications d'une modification de la loi de gravité aux échelles cosmologiques, Phys. Rev. D, 64, 083004, et finallement en colaboration avec Ph. Brax, nous avons recemment achevé une étude exhaustive sur l''impact d'un champ dilatonique sur la croissance nonlinéaire des grandes structures de l'univers, ArXiv/1102.1907.
  • Une possible clé pour lever le voile sur les modèles inflationnaires est de regarder leurs signatures non-Gaussiennes. En collaboration avec J.-P. Uzan et Tristan Brunier nous avons développé des modèles d'inflation produisant des fluctuations de métrique primordiales obéissant à une statistique non Gaussienne, Phys. Rev. D 66, 103506 (2002) et Phys. Rev. D 67, 121301 (2002). Ces études nous ont amené à examiner les propriétés attendues d'un champ scalaire en auto-interaction dans un espace de de Sitter, Phys. Rev. D 69, 063520 (2004), ou proche de de Sitter, JCAP02 (2011) 017. Ces constructions ont aussi conduit à la formulation d’un modèle d’inflation où la génération de non-Gaussianités primordiales est naturelle, Phys. Rev. D 76, 043526 (2007) et se fait au travers de couplages non-gravitationnels, Class. Quantum Grav. 27 124004.

Publications scientifiques


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