Une étude, dont les résultats intitulés «Real-time measurements of spontaneous breathers and rogue wave events in optical fibre modulation instability» ont été publiés dans la revue Nature Communications, a permis de développer une technique, appliquée pour le moment à la photonique, qui permet de dilater les échelles de temps pour explorer les évènements extrêmes de la nature. Cet outil pourrait ainsi «aider à la prédiction de vagues scélérates à la surface des océans ou d'autres évènements naturels extrêmes».

Rappelons tout d'abord que «les instabilités et le chaos dans les systèmes physiques sont des phénomènes aléatoires naturels, généralement très sensibles aux fluctuations des conditions initiales, si petites soient-elles».

En vue de comprendre «ces phénomènes complexes et omniprésents dans la nature», récemment ont été menées «des expériences impliquant la propagation d’ondes lumineuses» et aboutissant «à la formation d’impulsions de durée extrêmement brève, de l’ordre de la picoseconde (un millionième de millionième de seconde)».

La justification de cette entreprise est que l’analyse optique de ces phénomènes a «l’avantage de se faire sur des échelles de temps très courtes, permettant ainsi de mesurer un échantillon représentatif d’évènements et de caractériser de manière fiable ses propriétés statistiques».

Cependant, ces études, qui ont permis de faire «des progrès sur la compréhension des dynamiques liées aux événements extrêmes, ont été, jusqu'ici, effectuées «de manière indirecte, en raison du temps de réponse des détecteurs actuels, trop lents pour capturer ces évènements rares». Pour sa part, l'étude ici présentée dépasse cette limite.

Plus précisément, la nouvelle méthode, «basée sur le principe d’une lentille temporelle qui dilate l’échelle de temps d’un facteur 100 tout en augmentant la résolution», permet «d’observer en temps réel des impulsions géantes de lumière, avec une intensité plus de 1000 fois supérieure à celle des fluctuations initiales de la source lumineuse, un laser» grâce à «un effet papillon connu en optique sous le nom d’instabilité modulationnelle qui amplifie, dans une fibre optique de télécommunications, le faible bruit intrinsèquement présent dans le faisceau laser».

Cette démarche a «une portée qui va bien au-delà du domaine de la photonique, puisque ce type de bruit de fond est généralement considéré comme l'un des mécanismes qui pourrait être à l’origine des vagues scélérates destructrices qui apparaissent de manière soudaine à la surface des océans, mais également de bien d'autres systèmes comme la dynamique du plasma dans l'univers primitif». Cette étude «ouvre donc une nouvelle voie pour l’exploration et la compréhension des nombreux systèmes de la nature pour lesquels il est encore très difficile d'étudier les instabilités de manière directe et ainsi d’obtenir des échantillons statistiques fiables».