Curriculum Vitae
Pierre Gaspard was born in Brussels, Belgium, the 6th
of December 1959. He carried out his high school studies at the
« Athénée Fernand Blum » in Schaerbeek. Thereafter, he studied physics
at the « Université Libre de Bruxelles » (ULB) from 1978 till 1982 and
received his doctoral degree in 1987 under the supervision of Professor
Grégoire Nicolis on homoclinic chaos in dissipative dynamical systems.
After a postdoctoral stay of two years at the
University of Chicago from 1987 till 1989, he held a research position
at the « Fonds National de la Recherche Scientifique » (FNRS Belgium)
from 1989 till 2004.
He was appointed Lecturer at the ULB in 1996 and
obtained a position of Professor in 2004 within the Department of
Physics. Since 2005, he is the director of the « Service de
Physique Non-Linéaire et Mécanique Statistique » of ULB. He is teaching
in the Departments of Physics, Mathematics, and Chemistry of the Faculty
of Sciences of ULB.
He has been invited Professor at the « Université
Pierre et Marie Curie, Paris VI » in 1996 and has been visiting the
Max-Planck Institute for the Physics of Complex Systems (Dresden,
Germany), Cambridge University (United Kingdom), Utrecht University (The
Netherlands), the University of Maryland (College Park, USA), Waseda
University (Tokyo, Japan), among others.
He received, from the Royal Academy of Sciences,
Letters and Arts of Belgium, the Théophile DE DONDER prize of
Mathematical Physics in 1988 and the Adolphe WETREMS prize of
mathematical and physical sciences in 1995.
He has been or is member of the editorial boards of
the journals :
• Advances in Chemical Physics (J. Wiley & Sons,
Inc., New York, 1995-);
• Chaos (American Institute of Physics, 1999-2005);
• Journal of Statistical Physics (Kluwer Academic
Press, 2000-2002);
• Nonlinearity (Institute of Physics & London
Mathematical Society, 1998-2003);
• The European Physical Journal D: Atomic, Molecular
and Optical Physics (Springer, 2001 - 2003).
He is member of the C3 Commission of Statistical
Physics of the International Union of Pure and Applied Physics (IUPAP)
from 2002 till 2008 and associate member of the C16 Commission of Plasma
Physics of IUPAP from 2003 till 2006. He has been member of the
Committee of the conferences « Dynamics Days Europe » from 1997 till
2005. He is member of the Local Scientific Committee of the
International Solvay Institutes of Physics and Chemistry. He has
organized or co-organized six international conferences, including the
XXth Solvay Conference on Chemistry « Chemical reactions and their
control on the femtosecond time scale » in 1995. He has published a
monograph entitled « Chaos, scattering and statistical mechanics » by
Cambridge University Press and about 150 articles in international
journals of physics and chemistry.
His research fields are Nonlinear dynamics, chaos
theory, and fractals ;Physics of complex systems, chemical physics, and
nanosciences ; Statistical physics and thermodynamics ; Quantum physics.
* * *
Activités Scientifiques
The research
field of Pierre Gaspard is nonlinear and statistical physics, which is
today one of the most fundamental and active domains of physics at the
frontier with the other natural sciences and, in particular, chemistry
and biology. Pierre Gaspard and his research group are working in the
Interdisciplinary Center for Nonlinear Phenomena and Complex Systems of
the Université Libre de Bruxelles. This Center was founded in 1991 by
Professor Grégoire Nicolis and coworkers and is devoted to nonlinear
science and the modeling of complex systems.
Pierre Gaspard’s
work has been devoted to the development of theoretical and mathematical
methods to bridge the conceptual gap between the equations of motion of
physics and the complex phenomena they are supposed to describe such as
irreversible processes, oscillations and pulsations, chaotic behaviors,
or the generation of fractals, among others. He has contributed to
nonlinear dynamics, the theory of chaos and fractals, nonequilibrium
statistical mechanics, and quantum mechanics.
One of the major
preoccupations of the contemporary society is to perform certain tasks
in given times with given energy resources. In this context, it is
essential to known the characteristic times of the natural phenomena.
This question is important not only at the macroscopic scale of the
order of the meter or more, but also at smaller scales where the
functional properties of materials such as the electric resistance or
the energy dissipated by friction also depend on the characteristic
times of the system of interest. For electric resistance or friction,
the characteristic times are those of the motion of the particles
composing matter. This motion is extremely irregular but in principle
ruled by the same Newtonian equations as the motion of planets around
the Sun. What is the difference between these motions ? The motion of
planets is periodic and described by Kepler’s ellipses, although the
motion of particles in matter is typically chaotic. This chaoticity is
also observed in the turbulence of fluids where it limits our ability to
make reliable predictions in meteorology for instance. Even the
smallest lack of knowledge on the state of a chaotic system at a given
time may rapidly be amplified during its latter time evolution. This
sensitivity to initial conditions has for consequence that the motion of
chaotic systems should be mathematically described in terms of
statistics and probability. The contributions of Pierre Gaspard have
been to show that this idea can be mathematically developed in order to
understand better the properties of chaotic systems.
One of his main
results has been to show that irreversible processes such as electric
resistance can be understood at the level of the irregular motion of
particles in matter with the mathematical tools of the theory of chaos.
One of the founding fathers of the theory of chaos is the mathematician
Henri Poincaré (1854-1912) who was the first to describe the geometry of
chaotic motions. In chaotic systems, the diversity of motions is one of
the highest possible. Often, the set of all the possible motions form
fractal objects. An example is given in the attached figures which
depict a fractal generated by an irreversible process similar to
electric resistance. In this example, we could say that the details of
the fractal provide a microscopic picture of electric resistance in this
particular system. This fractal gives an idea of the complexity of the
possible motions of the particles. Beside their geometrical aspects,
the chaotic motions can be characterized in terms of probability. In
this context, mathematical relationships have been recently established
between resistance, chaos, fractal, and probability. Since electric
resistance is an irreversible process responsible for energy dissipation
and entropy production, these relationships shed a new light on the
second law of thermodynamics and are nowadays actively studied worldwide
in nonlinear and statistical physics. Applications concern, in
particular, the nanosciences where the new results contribute to
understand how nanosystems such as molecular motors or proteins can
perform their tasks with given energy.
The scale of the
nanometer is just above the size of the atoms, which are in principle
described with quantum mechanics. In quantum mechanics, the time
evolution is ruled by the famous Schroedinger equation instead of
Newton’s equation of classical mechanics. Both equations can be used to
describe the time evolution of natural systems so that the comparison
between both descriptions is a fundamental question. In this context,
Pierre Gaspard has contributed to develop mathematical methods bridging
the gap between quantum and classical mechanics as well as algorithms
for the control of quantum systems. These methods and algorithms have
applications to electric resistance in electronic nanodevices, as well
as to chemical reactions and their control in femtochemistry.
Pierre Gaspard's
research group at ULB is currently developing new theoretical and
mathematical methods for the study of dissipative, classical, and
quantum dynamical systems and, especially, out-of-equilibrium
nanosystems (friction in carbon nanotubes, chemical clocks and reactions
at the nanoscale in heterogeneous catalysis and biochemical systems,
molecular motors, nucleation of protein crystals and zeolites,
mesoscopic electronic circuits and quantum Hall effects).
* * *
Rapport du Jury (22 Avril
2006)
Le Professeur Pierre
GASPARD perpétue une longue et excellente tradition belge dans le
domaine de la mécanique statistique.
Il a accumulé des
connaissances substantielles menant à une compréhension accrue de la
théorie du chaos pour expliquer des lois générales et fondamentales en
physiques classique et quantique. En particulier, il a développé une
nouvelle approche de dispersion en reliant des lois microscopiques (et
réversibles) à des lois macroscopiques (et irréversibles) de la nature,
applicables à la vie de tous les jours.
Le monde subatomique
est gouverné par la mécanique quantique (ondulatoire). Cependant,
diverses propriétés révèlent les empreintes de la mécanique classique
sous-jacente. Le Professeur Pierre GASPARD a joué un rôle fondamental
dans l’explication de ces effets, en particulier dans le contexte des
dispersions chaotiques et il a ainsi été capable d’analyser des
expériences dans les domaines des physiques atomique et moléculaire.
Pour ses contributions
exceptionnelles dans la découverte de ces aspects fondamentaux de la
nature, la commission propose de décerner au Professeur Pierre GASPARD
le Prix Francqui 2006.
Jury International dans lequel siégeaient :
Le
Professeur Stanislas Penczek
Centre of Molecular and Macromolecular Studies
Polish Academy of Science
Lodz
Poland
Président
et
Le
Professeur Dr. Juha Aystö
Department of Physics
University of Jyväskylä
Finland
Le Professeur Joergen Christensen-Dalsgaard
Department of Physics and Astronomy
University of Aarhus
Denmark
Le
Professeur Avelino Corma Canos
Instituto de
Tecnologia Quimica
Valencia
Spain
Le
Professeur Dr. Kenneth Dawson
Chemistry Department
University College Dublin
Ireland
Le Professeur Ernest Freeman
Professor Emeritus Imperial College
«Mizpah » - The Chapel
Brecon - United Kingdom
Le Professeur Dr. Peter Hall
Centre for Mathematics and its
Applications
Mathematical Sciences
Institute Australian National University
Canberra - Australia
Le
Professeur E. John Hinch
Department of Applied Mathematics and Theoretical
Physics
University of Cambridge
United Kingdom
Le Professeur Cecilia Jarlskog
Fysika Institutionen
Lund University
Sweden
Le
Professeur Sir Peter Knights
Principal of the Faculty of Natural Sciences
Imperial College
London - United Kingdom
Le Professeur Em. Dr. Jon Mccleverty
Emeritus Professor of Chemistry
School of Chemistry - University of Bristol
United Kingdom
Le Professeur Raffaele Resta
Dipartimento di Fisica Teorica
Universita di Trieste
Italy
Le Professeur David Rogers
Professor of Ecology
Department of Zoology
Oxford University
United Kingdom
Le Professeur Karl Barry Sharpless
Department of Chemistry
The Scripps Research Institute
La Jolla - U.S.A
Le Professeur Uzy Smilansky
W. Gentner Professor of Physics
Department of Physics of Complex Systems
Weizmann Institute of Science
Rehovot - Israel
Le
Professeur Michael J. Todd
Leon C. Welch Professor of Engineering
School of Operations Research and Industrial Engineering
Cornell University
Ithaca - U.S.A
Le
Professeur A.G.J. Voragen
Biotechnion
Wageningen - The Netherlands
* * *
Discours du
Professeur Pierre Gaspard
Sire,
Het feit dat ik
de 2006 Francqui-Prijs uit Uw handen mag ontvangen is een zeer grote eer
voor mij. Dit is een blijk van steun van Zijne Majesteit voor het
fundamenteel wetenschappelijk onderzoek in België en vormt dan ook een
grote aanmoediging voor alle vrouwen en mannen die door het
wetenschappelijk onderzoek bijdragen aan het onderwijs, onze welvaart en
het welzijn van éénieder. In naam van de Belgische wetenschappelijke
gemeenschap dank ik U dan ook van ganser harte.
Sire,
C'est un immense honneur que me fait Votre Majesté en me remettant le
Prix Francqui 2006 en Sciences Exactes. Votre Majesté témoigne ainsi de
Son soutien essentiel à la recherche fondamentale dans notre pays et
apporte Son encouragement à toutes les femmes et tous les hommes qui
oeuvrent par la recherche scientifique à l'éducation, à la prospérité et
au bien-être de tous. Je Vous en remercie au nom de l'ensemble de la
communauté scientifique de notre pays.
Sire, Monsieur le Président, Mesdames, Messieurs,
C'est avec beaucoup d'émotion, de fierté et de joie que je m'adresse à
vous aujourd'hui. Je ne sais comment exprimer ma profonde gratitude à
la Fondation Francqui pour l'honneur et le privilège qu'elle me fait en
me décernant ce prix prestigieux. Je loue ici les nobles buts de la
Fondation Francqui de stimuler l'épanouissement de la recherche
fondamentale non-ciblée et de promouvoir le développement du haut
enseignement et de la recherche scientifique en Belgique. Je loue aussi
la valeur des femmes et des hommes qui comme Emile Francqui ont compris
que la science et les connaissances qu'elle prodigue peuvent former le
meilleur rempart contre la misère. La science est une activité
internationale depuis l'antiquité. Aujourd'hui, ses principaux centres
sont répartis sur le globe entier et nombreux sont les pays qui ont
compris que la science est un extraordinaire moyen de promotion pour
leur peuple. Je rends hommage à Emile Francqui d'avoir compris ceci en
oeuvrant à la création du Fonds National pour la Recherche Scientifique
en 1928 et de la Fondation Francqui en 1932. J'exprime ma profonde
gratitude aux membres de la Fondation Francqui d'avoir perpétué cette
oeuvre jusqu'à nos jours.
A
l'heure où je reçois cette reconnaissance exceptionnelle, je
souhaiterais qu'elle rejaillisse sur tous mes collègues et amis sans
lesquels je ne serais pas ici devant vous aujourd'hui.
Tout d'abord, je voudrais exprimer ma profonde tristesse causée par le
décès récent du Professeur Radu Balescu de l'Université Libre de
Bruxelles qui aurait dû être parmi nous aujourd'hui. Le Professeur Radu
Balescu (Prix Francqui 1970) m'enseigna la mécanique statistique lors de
mes études de physique à l'ULB. Le Professeur Radu Balescu est célèbre
pour ses travaux sur la mécanique statistique de non-équilibre et ses
enseignements exercent une influence durable sur mes propres travaux qui
s'inscrivent ainsi dans une longue tradition belge remontant à feu les
Professeurs Ilya Prigogine (Prix Francqui 1955) et Léon Van Hove (Prix
Francqui 1958).
La
récompense prestigieuse que j'ai l'honneur et le privilège de recevoir
est pour moi un signe très fort de l'importance croissante de la
physique statistique et de la science du non-linéaire pour comprendre et
éventuellement contrôler la complexité des systèmes naturels. J'ai la
chance et le bonheur de travailler au Centre Interdisciplinaire des
Phénomènes Non-Linéaires et des Systèmes Complexes qui fut créé à l'ULB
par le Professeur Grégoire Nicolis et ses collaborateurs en 1991 et où
j'ai trouvé la richesse intellectuelle et l'épanouissement nécessaire à
mes travaux scientifiques. Le domaine de la science du non-linéaire et
des systèmes complexes est né de l'observation que des phénomènes
admettant des descriptions mathématiques similaires se retrouvent dans
les différentes sciences naturelles comme la physique, la chimie, la
biologie ou les sciences de la terre. J'ai toujours été fasciné et
séduit par cette vision transversale à travers les sciences naturelles
car elle permet de construire des ponts et de transférer les
connaissances entre les disciplines. Je voudrais rendre hommage au
Professeur Grégoire Nicolis pour son oeuvre scientifique où cette vision
est développée mieux qu'ailleurs et le remercier du fond du coeur pour
tout ce qu'il a apporté et continue d'apporter à des générations
successives de jeunes scientifiques.
Le
Professeur Grégoire Nicolis a joué un rôle déterminant dans ma carrière
depuis ses enseignements sur les phénomènes non-linéaires lors de mes
études de physique à l'ULB vers 1980. A l'époque, la théorie du chaos
connaît des développements considérables et des comportements chaotiques
sont découverts dans toutes les sciences naturelles et, en particulier,
dans les écoulements de fluides visqueux et dans les réactions chimiques
autocatalytiques. La nouveauté et l'importance du sujet me convainquent
de commencer mon mémoire de licence sous la direction du Professeur
Grégoire Nicolis. Ma thèse de doctorat s'enchaîne sur le même sujet.
Après un postdoctorat aux Etats-Unis, je rejoins en 1989 l'équipe du
Professeur Grégoire Nicolis pour continuer l'étude des systèmes
dynamiques non-linéaires et des conséquences de la théorie du chaos
notamment dans les systèmes microscopiques de la mécanique statistique
de non-équilibre et de la mécanique quantique.
Ma
carrière a connu un développement considérable grâce au postdoctorat de
deux ans de 1987 à 1989 que j'ai effectué chez le Professeur Stuart Rice
à l'Université de Chicago. Je dois au Professeur Stuart Rice de m'avoir
initié à la théorie microscopique et aux principes du contrôle laser des
réactions chimiques, et d'avoir pu approfondir la question des liens
entre systèmes dynamiques chaotiques et mécanique quantique.
Mon
retour en Belgique a été rendu possible en 1989 grâce au Fonds National
de la Recherche Scientifique (FNRS) qui a assuré le financement de mes
recherches depuis le début de ma thèse de doctorat. Le FNRS joue un
rôle vital pour une recherche fondamentale de qualité dans notre pays en
permettant aux scientifiques de se consacrer pleinement à leurs
recherches et de nouer des collaborations internationales de haut
niveau. C'est grâce au FNRS que j'ai pu avoir des échanges scientifiques
fructueux notamment avec le Professeur Predrag Cvitanovic quand il était
à l'Institut Niels Bohr de Copenhagen, le Professeur Uzi Smilansky de
l'Institut Weizmann (Israël), le Professeur Bob Dorfman de l'Université
du Maryland (Etats-Unis), le Professeur Katsuhiro Nakamura de
l'Université d'Osaka (Japon), et le Professeur Shuichi Tasaki de
l'Université de Waseda à Tokyo (Japon). Il faut remercier le FNRS de
permettre à nos scientifiques de participer et de contribuer à
l'aventure internationale de la recherche scientifique.
J'ai aussi la chance de travailler dans une Université qui a toujours
placé la recherche fondamentale parmi ses priorités et offert une
liberté de pensée sans pareille. Ces valeurs font de l'Université un
lieu exceptionnel dans nos sociétés en permettant des échanges de
connaissances et d'idées extrêmement fructueux entre les générations, ce
qui d'une part pousse à se remettre sans cesse en question et d'autre
part procure un dynamisme unique pour l'enseignement. Je souhaite
exprimer ici ma profonde gratitude à mon Université.
Je
tiens aussi à exprimer ma reconnaissance à mes collègues belges
travaillant comme moi en mécanique statistique et sur le non-linéaire
et, en particulier, au Professeur Jean Bricmont de l'Université
Catholique de Louvain pour son soutien constant.
Je
voudrais également associer à mes remerciements mes co-auteurs pour le
plaisir de travailler ensemble et de partager des idées et des
résultats, ainsi que mes collègues du Service de Physique Non-Linéaires
et Mécanique Statistique et du Centre Interdisciplinaire des Phénomènes
Non-Linéaires et des Systèmes Complexes qui par leur qualité et leur
valeur m'ont toujours apporté cette émulation intellectuelle sans
laquelle l'esprit s'endort. Enfin, je profite de leur présence pour
exprimer toute ma gratitude à mes parents et à mon épouse.
La
matière a une remarquable tendance à se complexifier et à engendrer non
seulement des structures ordonnées ou hiérarchisées mais encore des
mouvements très variés depuis l'orbite périodique d'une planète autour
du Soleil, jusqu'au mouvement brownien d'un grain de pollen soumis à des
collisions incessantes avec les molécules de l'eau dans laquelle il est
immergé.
Mon
travail scientifique a principalement porté sur l'étude des mouvements
aléatoires appelés mouvements chaotiques, qui sont étudiés en science du
non-linéaire. Les mouvements chaotiques sont non périodiques mais moins
irréguliers que le mouvement brownien que décrivirent Einstein et
d'autres au début du XXe siècle. Ces mouvements chaotiques sont
observés notamment dans les fluides turbulents et leur existence
constitue une limite fondamentale pour la prévision des mouvements
atmosphériques en météorologie. La théorie du chaos montre en
particulier que la prévision météorologique est limitée à un intervalle
de temps de l'ordre de 2 à 3 jours pour la Belgique. Au-delà de ce
délai, il est nécessaire d'établir une description statistique en termes
de probabilités.
Cependant, le problème de la prévision et l'introduction du concept de
probabilité sont d'une portée plus générale et concernent de nombreux
systèmes naturels non seulement dans le monde macroscopique qui nous
entoure, mais aussi dans le monde microscopique des atomes et des
molécules. Ainsi, grâce aux outils mathématiques de la théorie du
chaos, nous avons découvert des relations nouvelles entre le caractère
aléatoire des mouvements microscopiques des atomes et des molécules, et
des propriétés irréversibles comme la résistance électrique ou la
viscosité d'un fluide, propriétés qui sont responsables de la
dissipation d'énergie et qui sont étudiées en physique statistique. La
théorie du chaos est importante car elle permet d'appréhender de façon
mathématique et donc quantitative des concepts qui restent d'habitude
assez vagues ou intuitifs comme l'aléatoire, le désordre, mais également
l'ordre qui peut apparaître parmi le désordre dans les systèmes
mentionnés ici.
Récemment, nous avons réussi à montrer que tout système qui s'écarte un
tant soit peu de son état d'équilibre thermodynamique brise la symétrie
sous renversement du temps et présente un ordre temporel comme
corollaire de la seconde loi de la thermodynamique. Ces résultats ont
des applications dans les nanosciences pour comprendre les propriétés de
conduction électrique et de dissipation d'énergie dans des systèmes
miniaturisés jusqu'à la taille des molécules. Ils permettent aussi
d'entrevoir les raisons fondamentales de la complexification de la
matière et les origines physico-chimiques de l'information biologique.
Sire,
On
prête au mathématicien Henri Poincaré la phrase disant qu'il n'y a rien
de plus pratique qu'une bonne théorie. En effet, la recherche
fondamentale a souvent abouti à des résultats d'une grande utilité
pratique. La recherche fondamentale est une activité parmi les plus
nobles par sa quête sans condition de la vérité scientifique. Elle est
aussi un pari gagnant sur l'avenir, notre avenir. Elle relève les défis
qui se posent à l'intelligence humaine et ouvre des voies possibles pour
l'innovation technologique. Je voudrais conclure en interprétant ce
Prix Francqui qui m'est généreusement accordé aujourd'hui comme un gage
d'avenir et un encouragement pour la recherche scientifique fondamentale
dans notre pays. Je Vous remercie au nom de tous.
Sire,
Men
ontleent van de wiskundige Henri Poincaré het gezegde dat niets
praktischer is dan een goede theorie. Inderdaad, fundamenteel onderzoek
leidt dikwijls tot resultaten die van groot praktisch belang zijn. Door
haar onafgebroken zoektocht naar de onvoorwaardelijke wetenschappelijke
waarheid is fundamenteel onderzoek één van de edelste menselijke
activiteiten. Fundamenteel onderzoek is ook een gewonnen weddenschap op
de toekomst, onze toekomst. Ze neemt de uitdagingen gesteld aan de
menselijke intelligentie aan en opent nieuwe wegen naar technologische
innovatie. Ik zou willen afsluiten door de Francqui Prijs die mij
vandaag gul toegekend wordt te interpreteren als een borg voor de
toekomst en een aanmoediging voor het wetenschappelijk onderzoek in ons
land. Ik dank U in naam van allen.
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