Optical Rogue Waves in Nonlinear Cavities – OptiRoC

Aujourd’hui un défi majeur au niveau mondial pour les politiques publiques et la recherche scientifique concerne l’augmentation des dommages liés aux phénomènes extrêmes. L’un des principaux objectifs de la recherche dans ce domaine est de fournir les connaissances contribuant à la réduction de la vulnérabilité par le développement d'outils de prédiction. L'exemple peut-être le plus connu des phénomènes extrêmes concerne les vagues scélérates géantes et destructrices qui apparaissent à la surface des océans et qui ont été tenus pour responsables de nombreuses catastrophes maritimes. Cependant, l'étude de ces phénomènes extrêmes a été entravé de deux façons : (1) la rareté intrinsèque des événements, (2) le fait que de tels événements apparaissent dans des environnements où les mesures sont difficiles. Bien que l'analyse linéaire des vagues puisse expliquer certains de leurs aspects, il est maintenant généralement accepté que la non-linéarité joue un rôle majeur. Par ailleurs, l'observation récente de similitudes entre les ondes scélérates dans les systèmes hydrodynamiques et optiques a conduit au développement de montages expérimentaux à base de fibres optiques pour explorer les aspects dynamique et stochastique. Bien que l’analogie hydrodynamique/optique soit connue depuis les années 1960, les études en optique ont montré en 2010 que cette correspondance s'applique même dans la limite de phénomène de localisation non-linéaire extrême. Cela a conduit d’une part aux premières études dans les systèmes conservatifs qui ont relié les processus de turbulence à la génération de vagues scélérates optiques induites par du bruit, et d’autre part aux premières mesures d'une classe nouvelle de structure localisée connue sous le nom de soliton Peregrine (considéré comme une classe de vagues scélérates). Malgré son succès, les résultats sont limités essentiellement à une classe « idéale » d'événement extrême en l'absence de dissipation et de dynamiques plus complexes telle que la rétroaction interne. Le nouveau projet que nous décrivons ici vise à traiter les vagues scélérates dans des conditions plus réalistes, celles des systèmes optiques dissipatifs, notamment car tous les systèmes physiques et naturels sont dissipatifs. L’étude de leurs dynamiques non-linéaires est un domaine en pleine expansion et pertinent dans de nombreux domaines scientifiques, tels que la dynamique des réactions chimiques, l'hydrodynamique, et la biologie. L'interaction de la non-linéarité et du bruit peut entraîner des effets surprenants, qui peuvent à leur tour inhiber ou déclencher des événements extrêmes, mais très peu de cas ont réellement été étudiés en détail. Dans ce projet, nous avons deux objectifs spécifiques : (1) développer une série de plateformes d’études basées sur des systèmes à cavité optique non-linéaire avec un degré de complexité variable ; (2) développer à la fois une compréhension théorique et les démonstrations expérimentales des régimes pour lesquels des structures localisées très intenses présentant des signatures de type phénomène extrême peuvent être générées et contrôlées. Nous envisageons d’examiner une grande variété de systèmes dynamiques, une cavité seule puis par un arrangement de quelques cavités couplées jusqu’à des cavités en réseau, tout en se concentrant sur des régimes tels que l'excitabilité, la multistabilité et le chaos. Ces régimes seront étudiés dans des systèmes physiques continus et discrets. Le projet bénéficiera de la forte expertise du consortium dans le domaine des cavités optiques non-linéaires à base de fibres optiques ou de semi-conducteurs, ainsi que de son expérience sur les ondes scélérates optiques. L'ambition est de développer une vision unifiée des phénomènes extrêmes pour de fortes interactions avec d'autres domaines scientifiques tels que l'hydrodynamique, la biologie et le climat où des effets tels que la dissipation et la rétroaction sont des éléments centraux de leurs dynamiques.