La croissance de l’instabilité après 50 ans !
Retour vers le futur : la croissance de l’instabilité après 50 ans !
Des travaux théoriques et expérimentaux menés simultanément dans trois domaines scientifiques, à savoir les mathématiques, l’optique et l’hydrodynamique, ont permis en 2015 de mettre en évidence de nouvelles ondes en physique, appelées « superregular breathers ». La découverte de telles ondes, au nom quelque peu énigmatique, est une étape majeure qui permetd’étendre la connaissance initiée il y a 50 ans par Benjamin et Feir.
Découvert dans les années 1960 et appelé aussi instabilité de modulation, ce phénomène portant leur nom décrit l’amplification inévitable de petites perturbations au sommet d'une vague ainsi que dans d'autres systèmes de non-linéaires. Considéré comme un phénomène clé en dynamique des ondes depuis près d’un demi-siècle, les caractéristiques de cette instabilité non-linéaire avaient été étudiées fréquemment en hydrodynamique, en optique, en physique des plasmas, en électronique, et dans de nombreux autres domaines. Cependant, aucune de ces études n'avaient pris en compte les propriétés de localisation incontestables des perturbations.
Ces nouveaux résultats, publiés ce mois-ci dans la revue prestigieuse Physical Review X, sont le fruit d’une collaboration internationale entre chercheurs basés en France, au Japon, en Russie et en Australie. Les meilleurs experts, à l’origine des recherches sur les ondes de type soliton et breather, ont contribué à ces travaux. Les expériences sont faites dans deux branches différentes de la physique des ondes, l'optique et l'hydrodynamique. Grâce à leur capacité technique exceptionnelle pour manipuler les ondes lumineuses et l'eau, ils ont prouvé l’existence de ces nouvelles ondes « superregular breathers » qui reproduisent exactement l’instabilité de modulation à partir de perturbations localisées.
Des expériences déterminantes ont été menées sur des échelles de temps qui diffèrent de mille milliards de fois : de quelques secondes pour l’eau àquelques picosecondes pour la lumière. Il est important de souligner que réaliser simultanément ces expériences, à des échelles physiques radicalement différentes, dans deux branches distinctes de la physique des ondes, est d'une importance considérable en soi et extrêmement rare.
A notre connaissance, cette méthodologie est la première de son genre en science. En exploitant l’équivalence mathématique entre la propagation d’ondes non-linéaire à la surface de l’eau et l’évolution d’impulsions lumineuses intenses dans les fibres optiques, cette approche multidisciplinaire prouve le caractère universel de ces structures appelées « superregular breathers ». Celles-ci présentent une dynamique d’amplification unique qui peut mener à l’apparition inattendue d’ondes d’amplitude extrême. Ce résultat est particulièrement pertinent pour mieux comprendre comment des vagues scélérates peuvent se former et disparaitre à la surface des océans.
« Superregular breathers in optics and hydrodynamics: Omnipresent modulation instability beyond simple periodicity » Contact : Bertrand KIBLER / bertrand.kibler@u-bourgogne.fr / Tél. 03-80-39-59-32 |