Nicolas Forien

Je suis maître de conférences en probabilités au Ceremade, le laboratoire de mathématiques de l'Université Paris-Dauphine.

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Enseignement

Contrôle des chaînes de Markov (M1)

Les documents liés au cours sont disponibles sur Teams.

Prérentrée de probabilités (M2 MATH)

Notes de cours (merci de me signaler si vous voyez des coquilles)

Recherche

Mon travail de recherche porte sur des modèles de probabilités discrètes en lien avec la mécanique statistique :

Marches aléatoires activées

Le modèle des marches aléatoires activées est un système de particules en interaction dans lequel les particules effectuent des marches aléatoires sur un graphe en s'endormant à un certain taux et se réveillent quand une autre particule arrive sur le même site.

Ce modèle a émergé comme une variante de modèles de tas de sable, qui avaient été proposés par des physiciens pour illustrer le concept de criticité auto-organisée.

Il y a une transition de phase : une densité critique sépare une phase stable (où les particules s'endorment pour de bon) et une phase active (où l'activité se maintient).


Avec Alexandre Gaudillière et Amine Asselah, nous avons montré qu'en dimension 2 la densité critique est strictement inférieure à 1, concluant ainsi une série de travaux visant à montrer la non-trivialité de la transition de phase en toute dimension.

Active Phase for Activated Random Walks on the Lattice in all Dimensions
avec Alexandre Gaudillière

Ann. Inst. Henri Poincaré Probab. Stat. 60 (2024), no. 2, 1188–1214

doi.org/10.1214/22-AIHP1341
arxiv.org/abs/2203.02476

Alors que l'article ci-dessus porte sur le cas où le taux d'endormissement est petit, la publication suivante traite le cas plus général :

The Critical Density for Activated Random Walks is always less than 1
avec Amine Asselah et Alexandre Gaudillière

Ann. Probab. 52(5): 1607-1649 (September 2024)

doi.org/10.1214/23-AOP1674
arxiv.org/abs/2210.04779

Le travail suivant montre que la stabilisation d'un segment contenant une densité surcritique fait sortir une fraction des particules par les bords du segment. On peut voir cela comme un premier pas vers la conjecture de la densité, qui relie différentes définitions de la densité critique du modèle.

Macroscopic flow out of a segment for Activated Random Walks in dimension 1

ALEA, Lat. Am. J. Probab. Math. Stat. 22, 557-577 (2025)

doi.org/10.30757/ALEA.v22-21
arxiv.org/abs/2405.04510

Cette conjecture de la densité a été démontrée en dimension 1 par Christopher Hoffman, Tobias Johnson et Matthew Junge. L'article suivant présente une nouvelle preuve de ce résultat, basée sur une propriété de superadditivité pour la densité stationnaire du modèle (alors que le travail de Hoffman, Johnson et Junge repose sur la superadditivité d'une quantité différente, qui est indirectement reliée à la densité stationnaire).

A new proof of superadditivity and of the density conjecture for Activated Random Walks on the line

Prépublication (2025)

arxiv.org/abs/2502.02579

Avec Christopher Hoffman, Tobias Johnson, Josh Meisel, Jacob Richey et Leonardo Rolla, nous avons étendu un résultat de Madeline Brown, Christopher Hoffman et Hyojeong Son sur l'explosivité du modèle en dimension 1 : partant d'une configuration surcritique, une seule particule active suffit pour réveiller toutes les autres avec probabilité positive.

Explosivity in 1-d Activated Random Walk
avec Christopher Hoffman, Tobias Johnson, Josh Meisel, Jacob Richey et Leonardo Rolla

Prépublication (2026)

arxiv.org/abs/2601.03411


Tas de sable stochastique

Le tas de sable stochastique est un modèle proche, qui peut être vu comme un intermédiaire entre les marches aléatoires activées et le tas de sable abélien, le modèle initialement proposé par les physiciens qui a lancé cette ligne de recherche.

Avec Concetta Campailla et Lorenzo Taggi, nous avons montré que la densité critique de ce modèle est strictement inférieure à 1 en toute dimension :

The critical density of the Stochastic Sandpile Model
avec Concetta Campailla et Lorenzo Taggi

Prépublication (2024)

arxiv.org/abs/2410.18905

L'article suivant explique comment échantillonner la mesure stationnaire de ce modèle sur n'importe quel graphe, et étudie le cas du graphe complet :

Stochastic Sandpile model: exact sampling and complete graph
avec Concetta Campailla

à paraître dans Electron. J. Probab. (2025)

arxiv.org/abs/2507.01572


Criticité auto-organisée

Le concept de criticité auto-organisée vise à décrire certains systèmes physiques qui présentent un comportement « critique » sans qu'il y ait besoin d'ajuster précisément un paramètre (comme la température) à une valeur critique. C'est l'une des motivations pour étudier les modèles de tas de sable et de marches aléatoires activées.

Avec Raphaël Cerf (qui a encadré ma thèse), nous avons construit plusieurs modèles-jouets qui présentent ce phénomène, à partir de la percolation et du modèle d'Ising. Notre construction repose sur l'introduction d'un mécanisme de rétroaction qui force le système à fonctionner au voisinage d'un point critique.

Le manuscrit de ma thèse :
« Autour de la criticité auto-organisée »

Les deux articles suivants présentent des variantes « auto-critiques » de la percolation et du modèle d'Ising:

Some toy models of self-organized criticality in percolation
avec Raphaël Cerf

ALEA, Lat. Am. J. Probab. Math. Stat. 19 (2022), 367–416

doi.org/10.30757/ALEA.v19-14
arxiv.org/abs/1912.06639

A planar Ising model of self-organized criticality

Probab. Theory Related Fields 180 (2021), 163-198

doi.org/10.1007/s00440-021-01025-9
arxiv.org/abs/2002.08337

Le travail suivant considère un modèle de criticité auto-organisée construit par Matthias Gorny, et étudie ce qui se passe si l'interaction de type champ moyen est remplacée par des interactions à longue portée :

An extension of the Ising-Curie-Weiss model of self-organized criticality with a threshold on the interaction range

Electron. J. Probab. 29 (2024), article no. 15, 1–27.

doi.org/10.1214/24-EJP1077
arxiv.org/abs/2110.07949


Boucles aléatoires en interaction

L'article suivant, écrit avec Lorenzo Taggi, Matteo Quattropani et Alexandra Quitmann, porte sur des modèles de boucles aléatoires en interaction qui sont reliés à différents modèles de mécanique statistique, dont le modèle Spin O(n), le gaz de Bose ou encore le modèle des doubles dimères.

Coexistence, enhancements and short loops in random walk loop soups
avec Matteo Quattropani, Alexandra Quitmann et Lorenzo Taggi

Probab. Math. Phys. 5 (2024), no. 3, 753–784

doi.org/10.2140/pmp.2024.5.753
arxiv.org/abs/2306.12102