Ce mémoire présente les résultats expérimentaux obtenus sur un nuage d'atomes froids de Strontium 88.Une première étude permet l'observation expérimentale inédite d'un système quasi-1D présentant une interaction attractive à longue portée type gravitationnel. Elle provient d'une force attractive due à l'effet d'ombre qui apparaît lors de l'absorption des faisceaux lasers par l'échantillon atomique. Nous avons ainsi retrouvé un profil de densité suivant un cosh-2 ainsi qu'une signature sur le mode de respiration du nuage. Une seconde étude est menée sur la transmission cohérente par un nuage de diffuseurs. Des processus de décohérence du champ transmis ont été mis en évidence, faisant ainsi apparaître de nouvelles échelles de temps caractéristiques liées à la température et à l'épaisseur optique du milieu diffusant. Nous avons également fait apparaître l'évolution de la phase entre les champs incident et transmis en fonction de l'épaisseur optique du milieu.
Ce mémoire présente les résultats expérimentaux obtenus sur un nuage d'atomes froids de Strontium 88.Une première étude permet l'observation expérimentale inédite d'un système quasi-1D présentant une interaction attractive à longue portée type gravitationnel. Elle provient d'une force attractive due à l'effet d'ombre qui apparaît lors de l'absorption des faisceaux lasers par l'échantillon atomique. Nous avons ainsi retrouvé un profil de densité suivant un cosh-2 ainsi qu'une signature sur le mode de respiration du nuage. Une seconde étude est menée sur la transmission cohérente par un nuage de diffuseurs. Des processus de décohérence du champ transmis ont été mis en évidence, faisant ainsi apparaître de nouvelles échelles de temps caractéristiques liées à la température et à l'épaisseur optique du milieu diffusant. Nous avons également fait apparaître l'évolution de la phase entre les champs incident et transmis en fonction de l'épaisseur optique du milieu.
Ce mémoire présente les résultats expérimentaux obtenus sur un nuages d'atomes froids de Strontium 88. Une première étude permet l'observation expérimentale inédite d'un système quasi-1D présentant une interaction attractive à longue portée type gravitationnel. Elle provient d'une force attractive due à l'effet d'ombre qui apparaît lors de l'absorption des faisceaux lasers par l'échantillon atomique. Nous avons ainsi retrouvé un profil de densité suivant un cosh^{-2} ainsi qu'une signature sur le mode de respiration du nuage. Une seconde étude est menée sur la transmission cohérente par un nuage de diffuseurs. Des processus de décohérence du champ transmis ont été mis en évidence, faisant ainsi apparaître de nouvelles échelles de temps caractéristiques liées à la température et à l'épaisseur optique du milieu diffusant. Nous avons également fait apparaître l'évolution de la phase entre les champs incident et transmis en fonction de l'épaisseur optique du milieu.
Nous avons étudié les effets de la force longue portée résultante de l’absorption de faisceaux lasers dans un nuage d’atomes froids à deux dimensions. La force créée est attractive et reproduit la gravité Newtonienne le long du faisceau. Le nuage d’atomes, composé de strontium 88 (bosons), est refroidi et piégé sur la transition d’intercombinaison. En transférant les atomes dans un piège dipolaire à deux dimensions à la longueur d’onde magique, une transition de phase hors d’équilibre se produit dans l’ensemble canonique. En dessous d’une température critique, un système de particules autogravitantes peut collapser, phénomène rappelant le processus de formation des étoiles. Nous avons observé expérimentalement, des régimes de compressions transitoires, un résultat en partie satisfaisant qui pourrait être amélioré avec l’utilisation de pièges dipolaires plus puissants. La seconde partie de la thèse se penche sur la réalisation théorique d’un moteur Brownien à partir d’un système de particules piégées à deux dimensions, une situation similaire à notre expérience de collapse à deux dimensions. L’obtention d’un moteur Brownien est caractérisée par l’apparition d’un courant macroscopique de particules. Nous avons montré que ce transport est indépendant des détails du piège et dépend seulement d’une double brisure de symétrie : Résultant de la présence de deux bains thermiques suivant deux axes orthogonaux et d’un piège anisotrope désaligné des axes thermiques.
Transition de phase hors d'équilibre d'un gaz d'atomes froids en interaction à longue portée : théorie et expérience Nous avons étudié les effets de la force longue portée résultante de l’absorption de faisceaux lasers dans un nuage d’atomes froids à deux dimensions. La force créée est attractive et reproduit la gravité Newtonienne le long du faisceau. Le nuage d’atomes, composé de strontium 88 (bosons), est refroidi et piégé sur la transition d’intercombinaison. En transférant les atomes dans un piège dipolaire à deux dimensions à la longueur d’onde magique, une transition de phase hors d’équilibre se produit dans l’ensemble canonique. En dessous d’une température critique, un système de particules autogravitantes peut collapser, phénomène rappelant le processus de formation des étoiles. Nous avons observé expérimentalement, des régimes de compressions transitoires, un résultat en partie satisfaisant qui pourrait être amélioré avec l’utilisation de pièges dipolaires plus puissants. La seconde partie de la thèse se penche sur la réalisation théorique d’un moteur Brownien à partir d’un système de particules piégées à deux dimensions, une situation similaire à notre expérience de collapse à deux dimensions. L’obtention d’un moteur Brownien est caractérisée par l’apparition d’un courant macroscopique de particules. Nous avons montré que ce transport est indépendant des détails du piège et dépend seulement d’une double brisure de symétrie : Résultant de la présence de deux bains thermiques suivant deux axes orthogonaux et d’un piège anisotrope désaligné des axes thermiques.
Ce manuscrit présente les travaux que j'ai effectués au Laboratoire de Physique Théorique durant ma thèse. Ils portent sur l'interaction d'ondes de matière avec des réseaux optiques modulables en temps et en espace. L'utilisation de ces réseaux a permis de contrôler de manière cohérente les propriétés dynamiques d'un gaz d 'atomes ultra-froids. Cette étude théorique a été réalisée en collaboration avec le groupe Atomes Froids du Laboratoire LCAR. Les variations spatiales de l'enveloppe d u réseau créent, localement, des gaps spatiaux créant une cavité de Bragg pour onde de matière, dont nous avons étudié en détail les propriétés et qui a fait l'objet d'une réalisation expérimentale impliquant la propagation d'un condensat de Bose-Einstein de rubidium 85 dans un guide d'onde. Nous avons également étudié la propagation d'un nuage d 'atomes dans un réseau bichromatique qui permet de réaliser un simulateur quantique du modèle de Harper. Le spectre du hamiltonien de ce système a une dimension fractale pouvant être caractérisée nu mériquement. Nous avons montré, par ailleurs, qu'il est possible d'exploiter les interactions inter-atomiques répulsives d'un condensat de Bose-Einstein afin d'amplifier les corrélations position-vitesse lors de sa pro pagation dans un guide. Notre étude montre qu'une mesure des grandeurs dynamiques locales du nuage atomique permet de sonder expérimentalement les résonances d'un potentiel optique jusqu'à l'échelle du picoKelvin. Enfin, un nuage d'atomes en interaction attractive admet une solution d'équilibre : le soliton. Nous avons démontré, numériquement, que celui-ci peut être utilisé pour sonder des états liés d'un poten tiel de taille finie, en peuplant ces états lors d'une expérience de diffusion comme, par exemple, des états de surface.
Dans cette thèse, nous avons utilisé un nuage d'atomes de strontium refroidis par laser sur la transition 1S0 - 1P1 à 461nm afin d'étudier les effets de diffusion multiple cohérente en fonction de la saturation. Nous avons observé une décroissance nette du facteur d'amplification du cône de rétrodiffusion cohérente en fonction de la saturation. Nous avons mené ensuite une étude systématique du refroidissement Doppler sur la transition bleue dans une configuration 1D. Ceci nous a permis de mettre en évidence et de caractériser un phénomène de diffusion supplémentaire pour l'impulsion, causé par des déséquilibres locaux dans le profil d'intensité des faisceaux. Le nuage a enfin été transféré significativement vers un piège magnéto-optique sur la transition 1S0 - 3P1 d'intercombinaison à 689nm. L'objectif étant d'augmenter la densité spatiale pour observer les effets de localisation des photons dans ce nouveau régime.
Le problème de l'interaction de N atomes avec un faisceau laser et les modes du vide peut donner lieu à de nombreux phénomènes intéressants concernant l’émission spontanée de la lumière et sa propagation dans l’échantillon. Les effets coopératifs, par exemple, tels que la super- et la sous-radiance, sont des effets liés à la cohérence créée entre les atomes lorsqu'un photon est émis spontanément par un seul atome excité. La super-radiance peut être définie comme le renforcement de l'émission spontanée due à une interférence constructive de la lumière diffusée. Son homologue, la sous-radiance, est le piégeage d'une partie de la lumière restante en raison d'interférences destructives. Dans les atomes froids, certains travaux théoriques antérieurs prédisent et caractérisent ces deux effets coopératifs dans un nuage atomique large et diluée, dans le régime des faibles intensités et à grands désaccords du laser incident. Le modèle théorique est un modèle de dipôles couplés pour atomes à deux niveaux pilotés par un champ de faible intensité et dans l'approche scalaire. L'expérience consiste à mesurer les taux de d’décroissance super- et sous-radiants à partir de l’intensité temporelle émise après la coupure du laser incident en régime stationnaire. Notre schéma expérimental consiste en un piège magneto-optique d’atomes de rubidium 87 à grandes épaisseurs optiques à résonance. Un faisceau sonde excite les atomes proches de la raie D2. L’intensité émise est détectée par un détecteur de photons uniques dépourvu d’afterpulsing et une procédure d’étalonnage nous permet de déterminer l’épaisseur optique résonante du nuage et sa température. Dans ce travail, nous rapportons l’observation expérimentale de la super- et sous-radiance dans un grand nuage d’atomes froids. Pour la sous-radiance, le résultat principal est l’évolution linéaire du temps caractéristique avec l’épaisseur optique résonante du nuage et son indépendance du désaccord. Pour la super-radiance, on observe la super-radiance en dehors de la direction vers l’avant. Nous vérifions la validité de nos interprétations avec les prédictions du modèle de dipôles couplés. Finalement, nous discutons l’interaction entre la sous-radiance et le piégeage de radiation, ainsi que des prévisions théoriques concernant : la configuration d’un nuage phasé, pour contrôler l’émission de l’amplitude sousradiante ; et les effets de température, où la sous-radiance s’avère robuste dans une large gamme de températures.