Une étude, dont les résultats intitulés «Nonlinear Spectral Synthesis of Soliton Gas in Deep-Water Surface Gravity Waves» ont été publiés dans la revue Physical Review Letters et sont disponibles en pdf, est parvenue à générer et à mesurer les propriétés hydrodynamiques d'un gaz composé non pas de particules atomiques ou moléculaires mais de solitons, des ondes non-linéaires.

Relevons tout d'abord qu'un gaz «est un grand ensemble de particules classiques ou quantiques en interaction, généralement décrit par des propriétés macroscopiques comme la pression ou la température», tandis que «les solitons sont des ondes d'une amplitude suffisante pour mettre en jeu des mécanismes de propagation de nature non linéaire» de sorte qu'ils «peuvent se propager sur de grandes distances sans déformation (comme le mascaret ou les vagues de tsunami)».

D'autre part, «les concepts de soliton en physique non linéaire et de gaz en physique statistique peuvent être associés au travers de la notion de gaz de solitons». Concrètement, «à l'image de particules atomiques ou moléculaires, caractérisées par leurs vitesses et leurs positions dans un gaz, chaque soliton composant le gaz est paramétré par un point caractérisé par sa position dans un espace de représentation mathématique abstrait».

Alors que, jusqu'ici, «plusieurs solitons répartis aléatoirement dans cet espace» constituaient une onde fortement non linéaire dont les propriétés statistiques étaient caractérisées dans le cadre d'une théorie cinétique (analogue à la théorie cinétique des gaz), qui n'avait pas encore été vérifiée expérimentalement, l'étude ici présentée est parvenue «à effectuer la première synthèse expérimentalement contrôlée d'un gaz dense de solitons dans un canal rempli d'eau long de 140 mètres».

Elle a pu en outre «mesurer pour la première fois la densité d'états du gaz de solitons et mettre en évidence une évolution lente de celle-ci lors de la propagation». Des outils d'analyse spectrale non linéaire ont été mis au point pour générer le gaz, ce qui a permis «de passer de la représentation des solitons dans l'espace abstrait à un champ d'ondes dans l'espace direct» et «réciproquement, la caractérisation des ondes générées permet, via les mêmes outils d'analyse, de remonter à l'état des solitons et à la mesure de la densité d'états du gaz».

En conséquence, ces résultats, qui «représentent la première étape cruciale pour la validation expérimentale de la théorie cinétique des  gaz solitons», ouvrent «la voie à d'autres études sur des systèmes complexes d'ondes non linéaires que l'on trouve dans d'autres domaines de la physique comme l'optique non linéaire appliquée à la transmission de l'information, la dynamique des superfluides ou l'océanographie».