La rétrodiffusion cohérente (CBS) et la diffusion cohérente vers l'avant (CFS) sont des effets de cohérence quantique qui résultent des interférences multiples d'une onde en propagation dans un milieu désordonné. Ce deuxième effet est un marqueur d'une localisation, qui confine l'onde dans une zone du milieu désordonné, empêchant sa diffusion. Ce phénomène est connu sous le nom de localisation d'Anderson en présence d'un désordre spatial, et de localisation dynamique en présence d'un désordre en impulsion. Le CBS et le CFS s'observent sous forme de pics dans la densité de probabilité de l'espace réciproque au désordre, dont la dynamique dépend principalement des caractéristiques de localisation du système dans lequel les ondes se propagent. Si le CBS est bien connu et a été observé avec des ondes de différentes natures, le CFS, quant à lui, n'a été découvert numériquement que très récemment.Plusieurs systèmes pourraient permettre d'observer ces effets de cohérence quantique, mais l'un des plus prometteurs à ce jour est le Kicked Rotor. Ce système présente une dynamique caractérisée par une succession d'impulsions instantanées et de périodes d'évolution libre. En régime quantique et pour certains jeux de paramètres, ce système présente un désordre effectif permettant l'apparition des effets interférentiels et notamment la localisation dynamique. L'étude des symétries de renversement du temps et de parité au sein de ce système a révélé une dynamique intéressante, tout en donnant accès à de meilleurs contrastes CBS et CFS. La symétrie de renversement du temps est à l'origine de la présence ou non du pic CBS. La symétrie de parité est à l'origine des doublets en énergie dans le spectre, induisant des dynamiques CBS et CFS remarquables.Suite à une collaboration avec l'équipe expérimentale du LCAR à Toulouse, nous avons adapté un modèle de Kicked Rotor réalisable par modulation de réseaux optiques. Ce modèle conserve les caractéristiques de localisation et de dynamique du modèle canonique, tout en permettant d'ajuster les symétries. Finalement, nous rapportons dans ce manuscrit la première observation directe du pic CFS, dans une expérience d'atomes froids.
La rétrodiffusion cohérente (CBS) et la diffusion cohérente vers l'avant (CFS) sont des effets de cohérence quantique qui résultent des interférences multiples d'une onde en propagation dans un milieu désordonné. Ce deuxième effet est un marqueur d'une localisation, qui confine l'onde dans une zone du milieu désordonné, empêchant sa diffusion. Ce phénomène est connu sous le nom de localisation d'Anderson en présence d'un désordre spatial, et de localisation dynamique en présence d'un désordre en impulsion. Le CBS et le CFS s'observent sous forme de pics dans la densité de probabilité de l'espace réciproque au désordre, dont la dynamique dépend principalement des caractéristiques de localisation du système dans lequel les ondes se propagent. Si le CBS est bien connu et a été observé avec des ondes de différentes natures, le CFS, quant à lui, n'a été découvert numériquement que très récemment.Plusieurs systèmes pourraient permettre d'observer ces effets de cohérence quantique, mais l'un des plus prometteurs à ce jour est le Kicked Rotor. Ce système présente une dynamique caractérisée par une succession d'impulsions instantanées et de périodes d'évolution libre. En régime quantique et pour certains jeux de paramètres, ce système présente un désordre effectif permettant l'apparition des effets interférentiels et notamment la localisation dynamique. L'étude des symétries de renversement du temps et de parité au sein de ce système a révélé une dynamique intéressante, tout en donnant accès à de meilleurs contrastes CBS et CFS. La symétrie de renversement du temps est à l'origine de la présence ou non du pic CBS. La symétrie de parité est à l'origine des doublets en énergie dans le spectre, induisant des dynamiques CBS et CFS remarquables.Suite à une collaboration avec l'équipe expérimentale du LCAR à Toulouse, nous avons adapté un modèle de Kicked Rotor réalisable par modulation de réseaux optiques. Ce modèle conserve les caractéristiques de localisation et de dynamique du modèle canonique, tout en permettant d'ajuster les symétries. Finalement, nous rapportons dans ce manuscrit la première observation directe du pic CFS, dans une expérience d'atomes froids.
La rétrodiffusion cohérente (CBS) et la diffusion cohérente vers l'avant (CFS) sont des effets de cohérence quantique qui résultent des interférences multiples d'une onde en propagation dans un milieu désordonné. Ce deuxième effet est un marqueur d'une localisation, qui confine l'onde dans une zone du milieu désordonné, empêchant sa diffusion. Ce phénomène est connu sous le nom de localisation d'Anderson en présence d'un désordre spatial, et de localisation dynamique en présence d'un désordre en impulsion. Le CBS et le CFS s'observent sous forme de pics dans la densité de probabilité de l'espace réciproque au désordre, dont la dynamique dépend principalement des caractéristiques de localisation du système dans lequel les ondes se propagent. Si le CBS est bien connu et a été observé avec des ondes de différentes natures, le CFS, quant à lui, n'a été découvert numériquement que très récemment.Plusieurs systèmes pourraient permettre d'observer ces effets de cohérence quantique, mais l'un des plus prometteurs à ce jour est le Kicked Rotor. Ce système présente une dynamique caractérisée par une succession d'impulsions instantanées et de périodes d'évolution libre. En régime quantique et pour certains jeux de paramètres, ce système présente un désordre effectif permettant l'apparition des effets interférentiels et notamment la localisation dynamique. L'étude des symétries de renversement du temps et de parité au sein de ce système a révélé une dynamique intéressante, tout en donnant accès à de meilleurs contrastes CBS et CFS. La symétrie de renversement du temps est à l'origine de la présence ou non du pic CBS. La symétrie de parité est à l'origine des doublets en énergie dans le spectre, induisant des dynamiques CBS et CFS remarquables.Suite à une collaboration avec l'équipe expérimentale du LCAR à Toulouse, nous avons adapté un modèle de Kicked Rotor réalisable par modulation de réseaux optiques. Ce modèle conserve les caractéristiques de localisation et de dynamique du modèle canonique, tout en permettant d'ajuster les symétries. Finalement, nous rapportons dans ce manuscrit la première observation directe du pic CFS, dans une expérience d'atomes froids.
Grâce à leur grande contrôlabilité, les plateformes expérimentales d'atomes froids constituent des dispositifs de choix pour simuler divers phénomènes physiques. Parmi ceux-ci, l'étude du transport des ondes dans des milieux désordonnés soulève un grand nombre de questions, concernant notamment l'arrêt complet de la diffusion par des effets d'interférences multiples : la localisation forte. Cette localisation peut se manifester dans l'espace des positions (on parle de localisation d'Anderson) ou dans l'espace des impulsions (on parle de localisation dynamique). Un marqueur de cette localisation forte est alors attendu dans l'espace réciproque au désordre : il s'agit du pic de diffusion cohérente vers l'avant (CFS). Ce pic, récemment découvert numériquement, n'a jusqu'à présent jamais été directement observé expérimentalement. Dans ce manuscrit, nous rapportons sa première observation directe, menée avec un modèle de rotateur secoué mis en œuvre sur un dispositif consistant en une onde de matière, un condensat de Bose-Einstein de 87Rb, placé dans un potentiel périodique, un réseau optique unidimensionnel. La première partie de ce manuscrit est consacrée à la description du dispositif expérimental et des méthodes permettant de préparer l'onde de matière en un état quantique arbitraire dans le réseau. Ces préparations sont effectuées grâce à des méthodes de contrôle optimal, faisant intervenir une modulation temporelle de l'amplitude et de la phase du réseau. Des méthodes de reconstruction par tomographie permettent de certifier les hautes fidélités de ces préparations. Ces protocoles de contrôle peuvent être par exemple appliqué à une stabilisation stroboscopique d'états cibles dans le réseau. Pour notre étude, elles permettent notamment d'initialiser le système dans un état initial nécessaire à l'observation du pic CFS. La seconde partie présente notre mise en place expérimentale d'un modèle de rotateur secoué, dérivé du rotateur pulsé, qui induit une localisation dynamique en impulsion grâce à l'émergence de trajectoires chaotiques, jouant le rôle de désordre en impulsion. Ce modèle permet d'aller au-delà du rotateur pulsé, en permettant un contrôle des régimes de localisation et des symétries dans le système. Le pic CFS est attendu dans l'espace réciproque à la localisation dynamique, i.e. l'espace des positions. Notre dispositif ne permettant qu'une mesure de la distribution en impulsion, des méthodes de mesures spécifiques sont mises en place. Une d'entre elles repose sur un transfert de la distribution en position vers celle des impulsions, grâce à une rotation dans l'espace des phases induite par un maintien de l'état dans un réseau de profondeur statique. Ces méthodes ont permis de mesurer le pic bien connu de rétro-diffusion cohérente (CBS), marqueur de localisation faible, ainsi que le pic CFS. Le contrôle des symétries a d'autre part permis de vérifier que le pic CBS disparaît en absence de la symétrie nécessaire à la localisation faible, et que le CFS était robuste à la brisure de toutes les symétries. Nous avons mis en évidence que le pic CFS apparaît en présence de localisation, qu'il s'agisse de localisation forte ou de dynamique confinée au sein d'une boîte classique. Ces résultats établissent ainsi le pic CFS comme un marqueur quantitatif de la non-ergodicité du système localisé. Nos travaux ouvrent notamment la voie à l'étude de la localisation en présence d'interaction par l'intermédiaire des caractéristiques du CFS.
Les travaux effectués au cours de cette thèse ont pour trait commun l'observation dans l'espace des vitesses de phénomènes liés à la diffusion et à la localisation d'ondes de matière en milieu désordonné. Nous commençons par introduire les deux domaines à la croisée desquels cette thèse s'inscrit. Nous abordons en premier lieu la physique du désordre et de la propagation en milieu complexe en décrivant de façon générale les phénomènes de diffusion et de localisation tels que la rétro-diffusion cohérente ou la localisation d'Anderson. En second lieu, nous développons l'aspect expérimental de ces travaux au travers de l'outil au cœur des recherches de notre équipe : les atomes froids, manipulés et contrôlés dans le but de créer une onde de matière cohérente analogue à une onde plane. L'optique étant une facette primordiale de nos travaux, nous proposons par la suite une étude complète du système expérimental à l'origine de notre milieu désordonné, appelé champ de tavelures (ou speckle en anglais). Ces étapes préliminaires nous permettent ainsi d'introduire les recherches effectuées par notre équipe. Un paramètre élémentaire de la diffusion, le temps élastique de diffusion, est mesuré expérimentalement de façon détaillée, pour un champ de tavelures attractif et répulsif. Un phénomène de localisation faible visible dans l'espace des vitesses, la rétro-diffusion cohérente, observée pour la première fois avec des atomes froids, est ensuite présenté. Son prolongement, la résurgence de rétro-diffusion cohérente, étudiée par notre équipe, est basée sur la manipulation d'une propriété primordiale pour la propagation cohérente en milieu désordonné : la symétrie par renversement du temps. Enfin, nous proposons une étude préliminaire d'un marqueur inédit dans l'espace des vitesses de la localisation d'Anderson : la diffusion cohérente avant.
Les travaux effectués au cours de cette thèse ont pour trait commun l'observation dans l'espace des vitesses de phénomènes liés à la diffusion et à la localisation d'ondes de matière en milieu désordonné. Nous commençons par introduire les deux domaines à la croisée desquels cette thèse s'inscrit. Nous abordons en premier lieu la physique du désordre et de la propagation en milieu complexe en décrivant de façon générale les phénomènes de diffusion et de localisation tels que la rétro-diffusion cohérente ou la localisation d'Anderson. En second lieu, nous développons l'aspect expérimental de ces travaux au travers de l'outil au cœur des recherches de notre équipe : les atomes froids, manipulés et contrôlés dans le but de créer une onde de matière cohérente analogue à une onde plane. L'optique étant une facette primordiale de nos travaux, nous proposons par la suite une étude complète du système expérimental à l'origine de notre milieu désordonné, appelé champ de tavelures (ou speckle en anglais). Ces étapes préliminaires nous permettent ainsi d'introduire les recherches effectuées par notre équipe. Un paramètre élémentaire de la diffusion, le temps élastique de diffusion, est mesuré expérimentalement de façon détaillée, pour un champ de tavelures attractif et répulsif. Un phénomène de localisation faible visible dans l'espace des vitesses, la rétro-diffusion cohérente, observée pour la première fois avec des atomes froids, est ensuite présenté. Son prolongement, la résurgence de rétro-diffusion cohérente, étudiée par notre équipe, est basée sur la manipulation d'une propriété primordiale pour la propagation cohérente en milieu désordonné : la symétrie par renversement du temps. Enfin, nous proposons une étude préliminaire d'un marqueur inédit dans l'espace des vitesses de la localisation d'Anderson : la diffusion cohérente avant.
Les travaux effectués au cours de cette thèse ont pour trait commun l'observation dans l'espace des vitesses de phénomènes liés à la diffusion et à la localisation d'ondes de matière en milieu désordonné. Nous commençons par introduire les deux domaines à la croisée desquels cette thèse s'inscrit. Nous abordons en premier lieu la physique du désordre et de la propagation en milieu complexe en décrivant de façon générale les phénomènes de diffusion et de localisation tels que la rétro-diffusion cohérente ou la localisation d'Anderson. En second lieu, nous développons l'aspect expérimental de ces travaux au travers de l'outil au cœur des recherches de notre équipe : les atomes froids, manipulés et contrôlés dans le but de créer une onde de matière cohérente analogue à une onde plane. L'optique étant une facette primordiale de nos travaux, nous proposons par la suite une étude complète du système expérimental à l'origine de notre milieu désordonné, appelé champ de tavelures (ou speckle en anglais). Ces étapes préliminaires nous permettent ainsi d'introduire les recherches effectuées par notre équipe. Un paramètre élémentaire de la diffusion, le temps élastique de diffusion, est mesuré expérimentalement de façon détaillée, pour un champ de tavelures attractif et répulsif. Un phénomène de localisation faible visible dans l'espace des vitesses, la rétro-diffusion cohérente, observée pour la première fois avec des atomes froids, est ensuite présenté. Son prolongement, la résurgence de rétro-diffusion cohérente, étudiée par notre équipe, est basée sur la manipulation d'une propriété primordiale pour la propagation cohérente en milieu désordonné : la symétrie par renversement du temps. Enfin, nous proposons une étude préliminaire d'un marqueur inédit dans l'espace des vitesses de la localisation d'Anderson : la diffusion cohérente avant.
Grâce à leur grande contrôlabilité, les plateformes expérimentales d'atomes froids constituent des dispositifs de choix pour simuler divers phénomènes physiques. Parmi ceux-ci, l'étude du transport des ondes dans des milieux désordonnés soulève un grand nombre de questions, concernant notamment l'arrêt complet de la diffusion par des effets d'interférences multiples : la localisation forte. Cette localisation peut se manifester dans l'espace des positions (on parle de localisation d'Anderson) ou dans l'espace des impulsions (on parle de localisation dynamique). Un marqueur de cette localisation forte est alors attendu dans l'espace réciproque au désordre : il s'agit du pic de diffusion cohérente vers l'avant (CFS). Ce pic, récemment découvert numériquement, n'a jusqu'à présent jamais été directement observé expérimentalement. Dans ce manuscrit, nous rapportons sa première observation directe, menée avec un modèle de rotateur secoué mis en œuvre sur un dispositif consistant en une onde de matière, un condensat de Bose-Einstein de 87Rb, placé dans un potentiel périodique, un réseau optique unidimensionnel. La première partie de ce manuscrit est consacrée à la description du dispositif expérimental et des méthodes permettant de préparer l'onde de matière en un état quantique arbitraire dans le réseau. Ces préparations sont effectuées grâce à des méthodes de contrôle optimal, faisant intervenir une modulation temporelle de l'amplitude et de la phase du réseau. Des méthodes de reconstruction par tomographie permettent de certifier les hautes fidélités de ces préparations. Ces protocoles de contrôle peuvent être par exemple appliqué à une stabilisation stroboscopique d'états cibles dans le réseau. Pour notre étude, elles permettent notamment d'initialiser le système dans un état initial nécessaire à l'observation du pic CFS. La seconde partie présente notre mise en place expérimentale d'un modèle de rotateur secoué, dérivé du rotateur pulsé, qui induit une localisation dynamique en impulsion grâce à l'émergence de trajectoires chaotiques, jouant le rôle de désordre en impulsion. Ce modèle permet d'aller au-delà du rotateur pulsé, en permettant un contrôle des régimes de localisation et des symétries dans le système. Le pic CFS est attendu dans l'espace réciproque à la localisation dynamique, i.e. l'espace des positions. Notre dispositif ne permettant qu'une mesure de la distribution en impulsion, des méthodes de mesures spécifiques sont mises en place. Une d'entre elles repose sur un transfert de la distribution en position vers celle des impulsions, grâce à une rotation dans l'espace des phases induite par un maintien de l'état dans un réseau de profondeur statique. Ces méthodes ont permis de mesurer le pic bien connu de rétro-diffusion cohérente (CBS), marqueur de localisation faible, ainsi que le pic CFS. Le contrôle des symétries a d'autre part permis de vérifier que le pic CBS disparaît en absence de la symétrie nécessaire à la localisation faible, et que le CFS était robuste à la brisure de toutes les symétries. Nous avons mis en évidence que le pic CFS apparaît en présence de localisation, qu'il s'agisse de localisation forte ou de dynamique confinée au sein d'une boîte classique. Ces résultats établissent ainsi le pic CFS comme un marqueur quantitatif de la non-ergodicité du système localisé. Nos travaux ouvrent notamment la voie à l'étude de la localisation en présence d'interaction par l'intermédiaire des caractéristiques du CFS.