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La propagation d'ondes en milieu diffusant est une thématique qui intéresse de nombreux domaines de recherche (imagerie médicale, acoustique, sismologie, physique stellaire, etc.). Les expériences menées dans notre équipe utilisent un milieu original: un nuage d'atomes refroidis par laser. Les propriétés très particulières de ce type de milieu diffusant (résonances très étroites, forte non-linéarité optique, structure interne des diffuseurs, effets mécaniques de la lumière sur les atomes, effets quantiques, etc.) donnent naissance à une physique particulièrement riche. Nous nous intéressons à plusieurs sujets s'inscrivant dans ce contexte.
Plus généralement, nous nous intéressons aux effets collectifs dans l’interaction lumière-atomes, ce qui inclut la diffusion multiple, mais aussi l’optique non-linéaire ou la diffusion coopérative.
Nous avons aussi étudié la dynamique d’ondes de matière avec une expérience de condensation de Bose-Einstein.
Nous sommes également impliqués dans une collaboration fluctueuse avec des astrophysiciens sur la mesure des corrélations de la lumière (technique de Hanbury Brown et Twiss).
Notre travail est surtout expérimental, basé sur trois expériences d’atomes froids et plusieurs petites expériences utilisant des vapeurs chaudes, mais aussi théorique, en particulier grâce à de nombreuses collaborations.

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L’équipe Ondes en milieux complexes s’intéresse au contrôle des propriétés de transport d’ondes classiques dans divers milieux au design maîtrisé allant des systèmes homogènes à géométrie complexe jusqu’aux matériaux structurés, périodiques ou désordonnés. Disposant de plateformes expérimentales flexibles en optique et micro-ondes, et possédant une expertise en simulations numériques et en théorie du chaos ondulatoire (Hamiltonien effectif, théorie de matrice aléatoire, etc.), l’équipe aborde des thématiques variées : dynamique mixte dans les fibres optiques multimodes, chambres réverbérantes électromagnétiques chaotiques, superfluidité et condensation de la lumière, approches analogiques des effets topologiques en matière condensée, diffusion/localisation des ondes. Les études menées sont motivées par la volonté de répondre à des questions fondamentales mais donnent lieu à de nombreux développements d'applications.

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Les travaux de l’équipe portent sur différentes thèmes relevant de la physique quantique et de la relativité, abordés à travers des approches analytiques et numériques. Nous travaillons sur les systèmes quantiques corrélés à petit ou grand nombre de corps avec des applications dans les domaines des atomes froids, de la physique mésoscopique, de la physique d’Efimov ou des systèmes photoniques corrélés. La théorie quantiques des champs est un autre thème de recherche important, notamment la chromodynamique quantique. Enfin, nous développons des recherches sur la relativité avec des applications sur les systèmes de positionnement par satellite.

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L’équipe Fibres Optiques et Applications fabrique et étudie des fibres optiques spéciales pour des dispositifs ayant des applications dans les télécommunications, la métrologie, les sources laser originales pour l’industrie, le biomédical ou la surveillance environnementale. Pour optimiser les performances de ces composants et sous-systèmes nous étudions les propriétés des matériaux utilisés et leurs modifications résultant d’opérations de nano-structuration ou de dopage, avec en particulier des ions de terres rares. Les propriétés des dopants dans ces matériaux dépendent de leur environnement et peuvent être modifiées par le rayonnement auquel ils sont soumis. Ces modifications sont également étudiées dans des expériences de vieillissement (dégradation sous irradiation), de sensibilité à la puissance (dommage optique, atténuation photo-induite). L’équipe s’appuie sur la plate-forme de fabrication de fibres optiques et ses équipements de caractérisation optique et spectroscopique.

Le groupe Matériaux et systèmes photoniques complexes est spécialisé dans l'analyse des propriétés physiques fondamentales de nouveaux composants et architectures optiques développés pour répondre aux enjeux de la photonique moderne tels que l’imagerie avancée, l'optique ultra-rapide, la photonique neuromorphique, l'optique intégrée et la biophotonique.
Pour répondre à ces enjeux nos activités de recherche proposent d’élaborer de nouvelles sources optiques en intégrant des matériaux passifs ou actifs au sein d’architectures complexes permettant de manipuler et moduler les propriétés fondamentales de la lumière telles que la fréquence, la cohérence, la dynamique spatio-temporelle et le transport dans des réseaux optiques complexes.
Les projets développés dans notre groupe s’appuient sur diverses plateformes expérimentales telles que les dispositifs à cristaux liquides pour la manipulation d’impulsions laser ultra-brèves, l’optique non linéaire intégrée sur Niobate de Lithium, et les matériaux et lasers à semi-conducteur émettant dans le visible et proche infra-rouge.

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L’équipe PIQ est experte dans le domaine de l’ingénierie et des technologies quantiques photoniques via des activités qui s’inscrivent dans le cadre de l’information et de l’optique quantiques fondamentales et appliquées. Ceci concerne notamment la réalisation de systèmes photoniques aux standards des télécoms destinés à démontrer la suprématie quantique en matière de communication et de métrologie. Ces systèmes, basés principalement sur des circuits photoniques intégrés, permettent d’exploiter à la fois des interactions optiques non-linéaires extrêmement efficaces et le routage actif de l’information. Ceci représente un atout majeur pour l’ingénierie d’états quantiques configurables à la demande, que ce soit en régime de variables discrètes, continues et hybrides. Ces dispositifs sont élaborés en étroite collaboration avec l’équipe Matériaux et systèmes photoniques complexes et la plateforme technologique Optique et Photonique.

Notre équipe allie des savoir-faire expérimental, numérique et théorique autour de la dynamique des interfaces en hydrodynamique et des milieux divisés en matière molle. La compréhension des mécanismes fondamentaux qui régissent ces dynamiques très sensibles aux conditions de sollicitation relève d’enjeux importants aussi bien dans la modélisation de phénomènes naturels que pour les applications d’intérêt industriel.
L’équipe s’appuie sur différentes plateformes et compétences en imagerie : haute vitesse optique et infrarouge, fluorescence, PIV stéréoscopique montée sur une veine hydraulique, microtomographie aux rayons X. Les approches numériques et théoriques se basent sur les simulations numériques, la dynamique moléculaire et les outils théoriques de la physique non linéaire, comme les développements asymptotiques et le formalisme d’équations d’amplitude.
Nos activités se regroupent autour de trois thèmes principaux :
Physique-mécanique des solides mous et des interactions fluide-structure
i) Superpropulsion et suramortissement élastique d’objets mous,
ii) Locomotion chez les poissons et physique de la nage,
iii) Etude des écoulements 3D de mousses et des réarrangements de bulles par microtomographie aux rayons X.
La dynamique d’objets capillaires : gouttes, jets et films
i) Dynamique de mouillage de liquide et de condensation de gouttes sur des substrats texturés ou présentant des défauts de mouillabilité,
ii) Etude des gouttes en caléfaction et de l’effet Leidenfrost,
iii) Impact de jets sur des surfaces texturées, chauffées ou molles,
iv) Dynamique d’écoulement et de vibration des films et des microcanaux au sein d’une mousse liquide.
Les instabilités et la propagation des ondes non-linéaires :
i) A la surface des liquides ou à l’intérieur de microcanaux déformables,
ii) A l’intérieur des liquides avec des instabilités convectives,
iii) Dans les empilements granulaires dont la dynamique résulte d’un apport d’énergie continu et uniforme, par opposition au cas vibré.

De nouveaux matériaux aux propriétés inédites sont conçus à partir d’assemblages de nano ou microparticules fonctionnalisées pour faciliter leur dispersion dans un milieu suspendant, et également pour leur conférer une propriété spécifique en vue d’une application. Par exemple les nano ou microparticules magnétiques sont dispersées dans un liquide pour former un fluide magnétorhéologique dont la viscosité peut être fortement augmentée par application d’un champ magnétique. Nous développons de nouvelles applications de particules magnétiques telles que leur fonctionnalisation pour capter à leur surface des polluants ou de molécules biologiques. La maîtrise de l’agrégation des nanoparticules et de leur architecture est également un aspect important de nos recherches en vue du renforcement des propriétés mécaniques de certains composites.

L’équipe MIMIC s’intéresse à des phénomènes aux interfaces entre physique, chimie et biologie. Les interfaces physiques en tant que telles (gouttes, bulles, surfaces, membranes…) constituent aussi des objets d'études privilégiés de l’équipe. Nos approches sont à la fois expérimentales (imagerie rapide, microscopies, acoustique, microfabrication…), théoriques (dynamique des fluides, chimie théorique, mathématiques appliquées) et de simulations (différences finies, méthode pseudo spectrale, dynamique moléculaire…). Une partie importantes de nos recherches, profondément interdisciplinaires, sont réalisées en collaboration étroites avec des biologistes. Nos thèmes concernent : i) Fluides, mouillage, cavitation et biomimétisme. ii) Biophysique de mouvements rapides ou collectifs chez les plantes et champignons, croissance de biofilms bactériens et de champignons, physique de l’odorat, régulation du pH intracellulaire. iii) Granulaires et particules.

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La physique non-linéaire est une discipline qui a pris son essor avec les travaux de Henri Poincaré au XIX siècle. Elle a connu un développement intense dans les années soixante grâce à l'observation, au développement de la théorie des systèmes dynamiques et à l'expérimentation numérique. C'est une science pluridisciplinaire qui a de nombreux champs d'application. Un dénominateur commun à ces domaines est l'utilisation des concepts d'instabilité, de bifurcations, d'excitabilité, de chaos et d'émergence de structures dissipatives complexes. Notre équipe de recherche développe actuellement les thèmes suivants de recherches : Biophysique, Optique-non linéaire, hydrodynamique et Croissance cristalline.

Les écoulements lents de suspensions de particules solides non-browniennes sont omniprésents dans les problématiques industrielles et les phénomènes naturels. Même lorsque le fluide suspendant est simple, ces suspensions exhibent une rhéologie complexe (rhéofluidification et/ou rhéopépaississement, différences de contraintes normales, migration induite par un cisaillement…), et ce d’autant plus que la fraction de solide est élevée. Nous tentons d’identifier et de comprendre les mécanismes mis en jeu à l’échelle des particules, responsables de ces comportements complexes. Pour cela, nous croisons des approches numériques continues (Volumes Finis) ou discrètes (Force Coupling Method) et des approches expérimentales en rhéométrie conventionnelle ou par imagerie de suspensions. Les applications (rhéologie des propergols et du béton et transport de sédiments) sont également au cœur de nos préoccupations.