En utilisant des atomes refroidis par laser placés dans une onde stationnaire pulsée nous réalisons expérimentalement un système quantique présentant une dynamique chaotique à la limite classique appelé « kicked rotor ». Le kicked rotor est le paradigme de l'étude du chaos quantique. Un tel système présente un phénomène de « localisation dynamique » correspondant à la suppression de la diffusion ergodique par des interférences quantiques. Après un temps caractéristique, la distribution en impulsion est gelée à un état stationnaire et son énergie cinétique atteint une valeur asymptotique. Le forçage périodique du kicked rotor est une condition nécessaire à l'apparition de la localisation dynamique. Dans ce cas, on montre que la localisation dynamique est équivalente à un modèle d'Anderson à une dimension pour les solides désordonnés. De nombreuses études numériques ont étudié l'analogie avec le modèle d'Anderson à deux et trois dimensions lorsque le forçage comporte deux et trois fréquences. Nous proposons une étude expérimentale de la destruction de la localisation dynamique par un forçage à deux fréquences en introduisant progressivement une seconde fréquence dans le forçage. Celle-ci révèle l'existence d'une loi d'échelle quantique concernant la délocalisation. Pour le modèle avec forçage à trois fréquences correspondant au modèle d'Anderson à trois dimensions les expériences montrent l'existence d'une transition de phase entre un état localisé et un état délocalisé.
En utilisant des atomes refroidis par laser placés dans une onde stationnaire pulsée nous réalisons expérimentalement un système quantique présentant une dynamique chaotique à la limite classique appelé « kicked rotor ». Le kicked rotor est le paradigme de l'étude du chaos quantique. Un tel système présente un phénomène de « localisation dynamique » correspondant à la suppression de la diffusion ergodique par des interférences quantiques. Après un temps caractéristique, la distribution en impulsion est gelée à un état stationnaire et son énergie cinétique atteint une valeur asymptotique. Le forçage périodique du kicked rotor est une condition nécessaire à l'apparition de la localisation dynamique. Dans ce cas, on montre que la localisation dynamique est équivalente à un modèle d'Anderson à une dimension pour les solides désordonnés. De nombreuses études numériques ont étudié l'analogie avec le modèle d'Anderson à deux et trois dimensions lorsque le forçage comporte deux et trois fréquences. Nous proposons une étude expérimentale de la destruction de la localisation dynamique par un forçage à deux fréquences en introduisant progressivement une seconde fréquence dans le forçage. Celle-ci révèle l'existence d'une loi d'échelle quantique concernant la délocalisation. Pour le modèle avec forçage à trois fréquences correspondant au modèle d'Anderson à trois dimensions les expériences montrent l'existence d'une transition de phase entre un état localisé et un état délocalisé.
En soumettant un nuage d'atomes de césium refroidis par laser à une onde stationnaire pulsée périodiquement, nous avons réalisé expérimentalement un système quantique dont la dynamique dans la limite classique (h 0) est chaotique. Ce système est un modèle de choix pour des études de chaos quantique unidimensionnel. Grâce à des mesures de distributions de vitesses atomiques par spectroscopie Raman stimulé, nous avons pu mettre en évidence le phénomène de localisation dynamique qui provoque un gel de la diffusion des impulsions atomiques par interférences quantiques. En superposant une seconde série de forçage périodiques, nous avons formellement ajouté une dimension au système. Nos observations ont montré la sensibilité du système au rapport des deux périodes de forçage. La localisation dynamique apparaît ou disparaît selon que le rapport est un irrationnel ou non.
Le Kicked Rotor, paradigme du chaos quantique, est l'analogue dans l'espace des impulsions d'un système d'Anderson désordonné, de part le fait qu'on y retrouve le phénomène de localisation dites dynamique. Nous étudions l'effet des interactions sur la localisation dynamique dans un gaz de Bose en interaction forte, appelé gaz de Tonks-Girardeau. En exploitant cette limite et la correspondance de Bose-Fermi, nous étudions la physique d'un gaz de Tonks-Girardeau soumis à des kicks au travers de la matrice réduite à un corps du système. Nous trouvons une similitude du système avec un gaz de Bose à température finie, nous caractérisons les observables du système, notamment son énergie, sa distribution en impulsion, ainsi que la cohérence spatiale. Nous relions la température effective émergente aux caractéristiques de localisation du système, alors dans une phase localisée dynamiquement à N-corps. Nous présentons également une caractérisations de la version quasi-périodique du Kicked Rotor, analogue d'un système d'Anderson tridimensionnel, marqué par une transition de phase entre un régime localisé et diffusif. Nous analysons enfin la distribution en impulsion au seuil critique, et caractérisons le pic central, et le comportement à petites et grandes impulsions, dotés de trois comportements différents.
Le chaos quantique désigne l'étude de systèmes dont le prolongement classique est chaotique. Le modèle du pendule pulsé, qui en est un exemple paradigmatique, est réalisé expérimentalement en plaçant un échantillon d'atomes refroidis (MOT) dans une onde stationnaire pulsée formée par un faisceau laser retro-reflechi. L'étude de la dynamique s'appuie sur la mesure de la distribution d'impulsions des atomes. Après avoir retrouvé expérimentalement le phénomène quantique de localisation dynamique, lié au caractère périodique de la séquence de pulses, la destruction de ce phénomène (délocalisation dynamique) par l'utilisation de séquences superposant deux séries de pulses de période (séquence bicolore) est étudiée puis expliquée par un modèle théorique. Cette analyse suggère que la délocalisation est, dans ce contexte, réversible. Il est ainsi montré expérimentalement qu'une séquence bicolore inversée conduit une délocalisation suivie d'une relocalisation.
Cette thèse présente des résultats théoriques sur le chaos dans les systèmes quantiques. Dans sa première partie, nous étudions la dynamique du rotateur pulsé. Ce système, qui est la référence pour l'étude du chaos quantique, présente un gel de la diffusion en impulsion, appelé localisation dynamique. Celle-ci est un phénomène purement quantique basé sur des interférences destructives. Comme tout phénomène d'interférence, la localisation dynamique est affectée par l'émission spontanée. Dans cette thèse, nous proposons une méthode basée sur la spectroscopie Raman, pour limiter l'impact de l'émission spontanée. Nous menons une étude analytique complète de la dynamique, en très bon accord avec nos simulations numériques. Du fait de sa périodicité temporelle, le rotateur pulsé présente aussi des résonances quantiques, qui sont l'analogue de l'effet Talbot optique. En décrivant ces résonances dans l'espace des positions, nous en donnons une image simple et intuitive, basée sur des notions classiques comme la force. Les condensats de Bose-Einstein ont ouvert la voie à l'obtention de phénomènes quantiques nouveaux. La non-linéarité de leur équation d'évolution permet notamment l'observation du chaos quasi-classique. Nous proposons ici une méthode pour le détecter, basée sur la mesure de la position moyenne du condensat. Cette méthode, dont la validité est confirmée par les exposants de Lyapunov du système, permet de distinguer sans équivoque les trajectoires chaotiques et régulières.
Le Kicked Rotor, paradigme du chaos quantique, est l'analogue dans l'espace des impulsions d'un système d'Anderson désordonné, de part le fait qu'on y retrouve le phénomène de localisation dites dynamique. Nous étudions l'effet des interactions sur la localisation dynamique dans un gaz de Bose en interaction forte, appelé gaz de Tonks-Girardeau. En exploitant cette limite et la correspondance de Bose-Fermi, nous étudions la physique d'un gaz de Tonks-Girardeau soumis à des kicks au travers de la matrice réduite à un corps du système. Nous trouvons une similitude du système avec un gaz de Bose à température finie, nous caractérisons les observables du système, notamment son énergie, sa distribution en impulsion, ainsi que la cohérence spatiale. Nous relions la température effective émergente aux caractéristiques de localisation du système, alors dans une phase localisée dynamiquement à N-corps. Nous présentons également une caractérisations de la version quasi-périodique du Kicked Rotor, analogue d'un système d'Anderson tridimensionnel, marqué par une transition de phase entre un régime localisé et diffusif. Nous analysons enfin la distribution en impulsion au seuil critique, et caractérisons le pic central, et le comportement à petites et grandes impulsions, dotés de trois comportements différents.
Le modèle d'Anderson étudie le transport d'un électron dans un cristal en présence de désordre. En dimension 1 et 2, ce modèle présente une localisation exponentielle de la fonction d'onde de l'électron dans l'espace des positions, dite localisation d'Anderson. En dimension D > 2, une transition de phase quantique se manifeste en fonction de la force de désordre, entre un régime où tous les états du système sont localisés (comportement isolant) et un régime où ceux-ci sont délocalisés (comportement métallique). Elle est nommée transition d'Anderson, ou aussi transition métal-isolant. Cette transition de phase a été étudiée à D = 3, théoriquement et expérimentalement, avec différents systèmes et ses exposants critiques ont été mesurés.Dans cette thèse, nous utilisons le modèle du Rotateur Frappé Atomique (Atomic Kicked Rotor), qui appartient à la classe d'universalité du modèle d'Anderson, pour étudier, avec une expérience d'atomes ultrafroids de potassium 41, la transition métal-isolant en dimension 4. Cette dimension n'étant pas atteignable physiquement, nous nous servons d'une méthode de génération de dimensions synthétiques, à travers des modulations de l'amplitude d'un potentiel optique pulsé, afin d'augmenter la dimension effective du système. Nous arrivons ainsi à observer cette transition de phase quantique et à mesurer les exposants critiques - de la longueur de localisation du côté localisé, et de la constante de diffusion du côté délocalisé. Nous mesurons également la fonction d'échelle à deux paramètres, qui caractérise le comportement autour du point critique. Les valeurs obtenues pour les exposants critiques confirment la relation de Wegner (qui relie les deux exposants), sont en très bon accord avec les simulations numériques du modèle d'Anderson, et diffèrent des prédictions de la théorie de champ moyen (la théorie auto-cohérente). Ce travail est la première démonstration expérimentale que D = 4 n'est pas la dimension critique supérieure de la transition d'Anderson.