Comment un soliton se propage-t-il dans un milieu désordonné ?

Un soliton est une onde confinée dans l’espace qui se propage sur de longues distances sans se déformer, car les effets de dispersion (qui étalent l’onde) sont compensés par les effets non linéaires (qui raidissent son front). Les solitons apparaissent dans de nombreux domaines de la physique, mais leur propagation dans un milieu périodique ou désordonné restait inexplorée sur le plan expérimental.

Une équipe française du CNRS / Université Paris Cité vienne de mettre en évidence différentes dynamiques de propagation d’un soliton à la surface de l’eau au sein d’un canal de 4 m de long avec un fond plat, périodique ou désordonné. Une fission en solitons multiples est rapportée pour le fond périodique, tandis qu’une diffusion en ondes dispersives est observée pour la topographie désordonnée.

Les chercheurs répondent également au débat de longue date sur la manière dont un soliton est affecté par le désordre dans le contexte de la localisation d’Anderson et sur la manière dont cette localisation dépend l’amplitude de l’onde. Découverte pour la première fois en physique du solide dans les années 50, la localisation d’Anderson conduit à ce que les ondes de faible amplitude, dites linéaires, restent piégées, ou localisées, au sein du milieu désordonné. Bien que ce phénomène se produise dans pratiquement tous les domaines de la physique des ondes en milieu aléatoire, sa persistance pour des impulsions de grandes amplitudes, dites non linéaires, ou pour des solitons n’avait pas été résolue expérimentalement jusqu’à cette étude utilisant des ondes hydrodynamiques. Ces travaux seront publiés mi-décembre dans la revue Physical Review Letters.

Ces résultats ouvrent la voie à une protection potentielle des côtes contre les vagues de grande amplitude telles que les tsunamis en jouant sur la bathymétrie du fond marin.