Étendre les échelles de temps pour explorer des événements extrêmes dans la nature semblait impossible, pourtant cet exploit est désormais envisageable grâce à une équipe de l'Institut FEMTO-ST (CNRS/UFC/UTBM/ENSMM), qui a utilisé une technique de mesure innovante permettant de capturer de tels événements en temps réel. Cette technique, qui est actuellement appliqué dans le domaine de la photonique, pourrait aider à prédire les événements de vagues scélérates à la surface de l'océan, ainsi que d'autres phénomènes naturels extrêmes. Cette recherche, qui a été menée en collaboration avec des équipes finlandaises, Irlande, et canadien, sera publié dans la revue Communication Nature le 19 décembre 2016.

L'instabilité et le chaos dans les systèmes physiques sont des phénomènes naturels aléatoires qui sont généralement très sensibles aux fluctuations des conditions initiales, si petites qu'elles soient. Pour comprendre ces phénomènes complexes et omniprésents dans la nature, des chercheurs ont récemment mené des expériences impliquant la propagation d'ondes lumineuses, et conduisant à la formation d'impulsions ultrarapides à l'échelle de la picoseconde (un millionième de millionième de seconde). L'étude de tels phénomènes en optique offre l'avantage de se dérouler sur des échelles de temps très courtes, permettant ainsi de mesurer un échantillon représentatif d'événements et de caractériser de manière fiable ses propriétés statistiques. Bien qu'elles aient permis d'améliorer la compréhension des dynamiques liées aux événements extrêmes, jusqu'à présent ces études ont néanmoins été menées de manière indirecte, en raison du temps de réponse des détecteurs de courant, qui sont trop lents pour capturer ces événements rares.

Des expérimentations récentes menées à l'Institut Femto-ST de Besançon ont permis de s'affranchir de cette limitation. Basé sur le principe d'une lentille temporelle, qui allonge l'échelle de temps d'un facteur 100 tout en augmentant la résolution, cette nouvelle méthode a permis aux chercheurs d'observer des impulsions lumineuses géantes en temps réel, avec une intensité 1, 000 fois supérieure à celle des fluctuations initiales de la source lumineuse, un laser. Faire cela, ils ont utilisé un effet papillon connu en optique sous le nom d'instabilité de modulation, qui amplifie le bruit microscopique intrinsèquement présent dans un faisceau laser voyageant le long d'une fibre optique de télécommunication.

La portée de ces résultats dépasse largement le domaine de la photonique, puisque ce type de bruit de fond est généralement considéré comme l'un des mécanismes possibles derrière les ondes scélérates destructrices qui apparaissent soudainement à la surface des océans, et on pense également qu'il est présent dans d'autres systèmes tels que la dynamique du plasma dans l'Univers primitif. La capacité d'allonger les échelles de temps en optique ouvre une nouvelle voie pour l'exploration et la compréhension de nombreux systèmes naturels dont il reste assez difficile d'étudier directement les instabilités, et ainsi obtenir des échantillons statistiques fiables.