Emmanuel Fort (Institut Langevin, ESPCI Paristech). Jouer avec les vagues : retournement temporel et analogies quantiques.

Les ondes à la surface de l’eau offrent des possibilités uniques de contrôle et d’observation. Les vitesses de propagation lentes ainsi que les longueurs d’ondes macroscopiques permettent une visualisation aisée à l’aide d’une simple caméra. De plus, des techniques performantes ont été développées pour obtenir le champ d’onde à la surface du liquide de manière quantitative, en temps réel, avec une précision micrométrique. Le milieu dans lequel se propagent les ondes peut être contrôlé avec une précision notamment en changeant la profondeur locale du bain (bathymétrie) ou la géométrie du bain. Les propriétés de propagation peuvent également être changées de façon dynamique, dans des temps caractéristiques courts devant la propagation des ondes, avec des amplitudes importantes. Ainsi, nous montrerons par exemple que des accélérations verticales du bain permettent de modifier rapidement la vitesse de propagation des ondes de plus d’un ordre de grandeur. Le contrôle des sources peut également être réalisé de façon précise sur la forme, le spectre d’émission et la phase. Enfin, l’énergie contenue dans les ondes de surface permet de réaliser des couplages dynamiques entre les ondes et le milieu ou les sources ce qui ouvre de nouvelles possibilités d’expériences.

Dans cet exposé, j’illustrerai les propriétés uniques des ondes de surface au travers de quelques exemples.

Le contrôle des ondes est généralement réalisé par une ingénierie des propriétés spatiales. Parce que l’espace et le temps jouent des rôles similaires, une approche alternative est possible consistant à manipuler le temps. Je montrerai comment de telles manipulations permettent de réaliser une « machine à remonter le temps » pour les ondes de surface. J’introduirai en particulier le concept de miroir temporel instantané qui permet à une onde de revivre sa vie  passée à l’aide de « discontinuités temporelles ».

Une source d’ondes peut être obtenue avec une petite goutte rebondissant à la surface du bain lorsque celui-ci est vibré verticalement. Sous certaines conditions expérimentales, la goutte se couple dynamiquement avec les ondes qu’elle a émis lors que ses rebonds précédents et devient auto-propulsée. Nous avons appelé marcheur, cet objet composé d'une particule dynamiquement couplée à un paquet d'onde. Un tel marcheur possède une forme « classique » de dualité onde-particule propriété que l'on croyait spécifique au domaine quantique. Je montrerai quelques exemples de comportements de marcheurs analogues aux comportements quantiques dans des expériences de mécanique quantique (fentes d’Young, effet tunnel…). Je discuterai également de la dynamique originale des marcheurs en termes d’information échangée en montrant notamment les analogies avec une machine de Turing.  

Références :

Y. Couder, S. Protière, E. Fort & A. Boudaoud, Nature 437, 208 (2005). Dynamical phenomena - Walking and orbiting droplets

Y. Couder & E. Fort, Phys. Rev. Lett. 97 (15) 154101 (2006). Single-particle diffraction and interference at a macroscopic scale

V Bacot, M Labousse, A Eddi, M Fink & E Fort, Nature Physics 12, 972–977 (2016). Revisiting time reversal and holography with spacetime transformations

S. Perrard, M. Labousse, M. Miskin, E. Fort & Y. Couder, Nature Com 5, 13 (2014). Self-organization into quantized eigenstates of a classical wave-driven particle