Dynamique et turbulence d’ondes dans les systèmes optiques multimodes

Le sujet de cette thèse porte essentiellement sur l’étude expérimentale et théorique de la turbulence d’ondes optiques se propageant dans différents milieux non linéaires. La première partie du manuscrit est consacrée à l’étude de la thermalisation et de la condensation d’ondes optiques qui se propagent dans des fibres multimodes à gradient d’indice. L’ana- lyse basée sur la théorie de turbulence d’ondes révèle que le désordre inhérent à la propagation dans la fibre optique induit une accélération significative du processus de thermalisation optique, ce qui permet de clarifier le mécanisme de certains régimes de nettoyage de faisceau optique reportés récemment. Nous montrons expérimentalement que le champ optique relaxe au cours de sa propagation vers la distribution d’équilibre thermodynamique de Rayleigh-Jeans. La transition de phase vers l’état condensé se manifeste par une population macroscopique du mode fondamental de la fibre optique avec une fraction de puissance condensée en accord avec la théorie de Rayleigh-Jeans. Les propriétés thermodynamiques de la condensation d’ondes classiques sont discutées, ainsi que les différences avec la condensation de Bose-Einstein quantique. Dans la deuxième partie du manuscrit nous étudions la formation spontanée de solitons («condensation de solitons») en présence d’interactions gravitationnelles à longue portée dans le cadre de l’équation de Newton-Schrödinger. Nous mettons en évidence un nouveau régime qui se caractérise par la formation de solitons «cachés» dans le sens où les solitons sont immergés dans les fluctuations environnantes du champ incohérent : Les solitons sont difficilement identifiés dans l’évolution spatio-temporelle du champ, alors que leur existence est dévoilée dans l’espace des phases (spectrogramme optique). Sur la base d’un formalisme de Vlasov de turbulence d’ondes, nous montrons que les solitons sont piégés et stabilisés par les fluctuations incohérentes environnantes. Par ailleurs, dans un domaine différent de la turbulence d’onde, nous mettons en évidence expérimentalement la diffusion Raman stimulée en fibre à cœur creux remplie de CO2. Les expériences réalisées montrent qu’en dépit d’une faible puissance injectée et d’une relativement faible pression du gaz, les deux premières raies Stokes sont clairement observées avec une forte intensité grâce à une grande longueur d’interaction effective. Nous montrons un bon accord qualitatif entre les mesures expérimentales et les simulations n