Thèse un Chemin Vers la Turbulence Quantique en Rotation H/F

Doctorat.Gouv.Fr

Établissement : Université Grenoble Alpes École doctorale : PHYS - Physique Laboratoire de recherche : Institut Néel Direction de la thèse : Mathieu GIBERT ORCID 000000025248492X Début de la thèse : 2026-10-01 Date limite de candidature : 2026-05-13T23:59:59 Les vortex quantiques, défauts filiformes de l'ordre quantique macroscopique, constituent les briques élémentaires de tout écoulement superfluide. L'objectif de ce projet est d'étudier ces objets par visualisation directe. À l'Institut Néel, nous avons développé un cryostat unique pour l'hélium II, capable de « décorer » ces vortex avec des particules solides de dihydrogène de taille micrométrique, dans des conditions expérimentales contrôlées et reproductibles (voir Fig. 1). En combinant trois caméras rapides avec une caméra haute sensibilité et haute résolution, nous pouvons reconstruire les trajectoires tridimensionnelles des particules piégées sur les coeurs de vortex. De plus, le cryostat et son instrumentation sont montés sur une plateforme rotative, permettant la génération de réseaux de vortex alignés avec l'axe de rotation, un état analogue au réseau d'Abrikosov dans les supraconducteurs. Cet état canonique bien défini, sans équivalent dans les fluides classiques, servira de configuration initiale pour ce projet de thèse (voir [1], [2] et [3]). Celui-ci vise à explorer les processus dynamiques menant à la destruction du réseau ordonné de vortex et déclenchant l'émergence de turbulence quantique dans le référentiel tournant.
En perturbant hydrodynamiquement un réseau de vortex à l'état stationnaire, nous avons identifié trois régimes (voir Fig. 2) : un premier régime (A), où le réseau reste insensible à la perturbation ; un deuxième régime (B), où des ondes se propagent le long des vortex quantifiés ; et un troisième régime (C), caractérisé par un état désordonné et turbulent. Ces régimes définissent une voie vers la turbulence quantique en rotation. Le ou la doctorant·e mènera une étude expérimentale détaillée du régime turbulent (C). Dans ce régime, les particules ne restent pas en permanence piégées sur les vortex. Cependant, comme l'ont montré des travaux antérieurs [4], les statistiques de vitesse des particules conservent des signatures des interactions vortex-particules. L'étude exploitera la compétition unique entre rotation et turbulence dans notre dispositif : la rotation tend à polariser l'enchevêtrement de vortex et à imprimer cette anisotropie sur les statistiques de vitesse des particules. Nous travaillerons en étroite collaboration avec des théoriciens pour comparer les simulations numériques de pointe [5] aux données expérimentales.
Ce projet s'inscrit dans un programme de recherche plus large soutenu par le projet ANR QuantumVIW, qui rassemble des expert·e·s en hydrodynamique expérimentale et théorique. Le ou la doctorant·e participera régulièrement aux réunions scientifiques de l'équipe. Ce projet s'inscrit dans un programme de recherche plus large soutenu par le projet ANR QuantumVIW, qui rassemble des expert·e·s en hydrodynamique expérimentale et théorique. Le ou la doctorant·e participera régulièrement aux réunions scientifiques de l'équipe.