una ola indestructible e historica en fisica Concepto de SOLITON: una ola indestructible e historica en fisica J.Scott Russel Vague dans un canal Ondes internes dans l’océan Tourbillons sur Jupiter Alexandre Stegner, Laboratoire de Météorologie Dynamique, CNRS France. (stegner@lmd.ens.fr)

SOLITON: qu ’est-ce que c ’est ? Concepto de SOLITON: una ola indestructible e historica en fisica SOLITON: qu ’est-ce que c ’est ? cela fait penser à PROTON, NEUTRON... une nouvelle particule ?

L ’histoire commence en août 1834 (Union canal à Hermiston, Edinburgh) Concepto de SOLITON: una ola indestructible e historica en fisica L ’histoire commence en août 1834 (Union canal à Hermiston, Edinburgh) Observa une « grande vague de translation » qui se détacha de la proue d ’une péniche et se propagea sur plus 3 ou 4 km sans changer de forme. Il reproduisit ce type de vague dans un petit canal construit dans son jardin. John Scott Russel, ingénieur écossais

Concepto de SOLITON: una ola indestructible e historica en fisica Union canal 1995 ...

Soliton: c ’est donc une vague …. Concepto de SOLITON: una ola indestructible e historica en fisica Soliton: c ’est donc une vague …. qui se comporte comme une particule solitaire (?) - Dynamique d ’une vague à la surface de l ’eau ? TRANSLATION - Une particule ne change pas lors de son mouvement. Qu ’en est-il d ’une vague ?

La dynamique des ondes dans un canal dépend de deux paramètres Concepto de SOLITON: una ola indestructible e historica en fisica La dynamique des ondes dans un canal dépend de deux paramètres h L H couche mince amplitude relative

DISPERSION Evolution d ’une vague isolée de faible amplitude Concepto de SOLITON: una ola indestructible e historica en fisica Evolution d ’une vague isolée de faible amplitude DISPERSION exemple l = 0.002 Diagramme spatio-temporel t x

Les effets non-linéaires compensent la dispersion Concepto de SOLITON: una ola indestructible e historica en fisica Evolution d ’une vague isolée de moyenne amplitude Les effets non-linéaires compensent la dispersion exemple l = 0.02

Propriétés de l ’équation de Korteweg-de-Vries (KdV) Concepto de SOLITON: una ola indestructible e historica en fisica Propriétés de l ’équation de Korteweg-de-Vries (KdV) qui gouverne la dynamique des ondes faiblement non-linéaires collision entre deux solitons ! pas de soliton « négatif » !

DEFERLEMENT Evolution d ’une vague isolée de forte amplitude Concepto de SOLITON: una ola indestructible e historica en fisica Evolution d ’une vague isolée de forte amplitude exemple l = 0.2-0.5 DEFERLEMENT

Ces notions se généralisent à plusieurs domaines de la physique. Concepto de SOLITON: una ola indestructible e historica en fisica Ces notions se généralisent à plusieurs domaines de la physique. Pour obtenir des Solitons il faut: 1- Un système qui contient des ondes dispersives 2- Une amplitude suffisante (dynamique faiblement non-linéaire) Dans certains cas seulement, les effets non-linéaires vont contrebalancer la dispersion et des SOLITONS (ondes solitaires cohérentes) vont apparaître.

les ondes internes océaniques Concepto de SOLITON: una ola indestructible e historica en fisica Exemple ... les ondes internes océaniques fluide léger et chaud fluide lourd et froid Une modélisation simple à deux fluide... L ’océan n ’est pas un fluide homogène !

Les vagues internes se détectent aux oscillations de température Concepto de SOLITON: una ola indestructible e historica en fisica Les vagues internes se détectent aux oscillations de température

… et aux observations satellite en lumière rasante Concepto de SOLITON: una ola indestructible e historica en fisica … et aux observations satellite en lumière rasante (http://daac.gsfc.nasa.gov/CAMPAIGN_DOCS/OCDST/shuttle_oceanography_web/oss_70.html) nuages train d ’ondes internes

Solitons intenses en mer d ’Andaman Concepto de SOLITON: una ola indestructible e historica en fisica Solitons intenses en mer d ’Andaman Radar (SAR) images of the ERS-1/2 satellites (http://earth.esa.int/symposia/papers/alpers3)

Soliton dans le détroit de Gibraltar Concepto de SOLITON: una ola indestructible e historica en fisica Soliton dans le détroit de Gibraltar

Télécomunication par fibre optique Concepto de SOLITON: una ola indestructible e historica en fisica Technologie ... Télécomunication par fibre optique Codage binaire et dispersion signal optique initial 1 0 1 Erreur de codage signal dispersé 1 1 1

Liaisons transocéaniques: régénérateurs nécessaires ! Concepto de SOLITON: una ola indestructible e historica en fisica Liaisons transocéaniques: régénérateurs nécessaires ! Amplifier et reconstruire le signal 6500 km Allo ? Hola? régénérateurs récepteur émetteur fibre optique 120 km

Concepto de SOLITON: una ola indestructible e historica en fisica Signal de faible amplitude 1800 km plus tard ... Signal de forte amplitude 6400 km plus tard ... Coherence: effet soliton !

Tourbillons solitaires dans les planètes géantes ? Concepto de SOLITON: una ola indestructible e historica en fisica Tourbillons solitaires dans les planètes géantes ? Jupiter Neptune Tourbillons de grande échelle ~10 000 km toujours anticycloniques durée de vie 10-300 ans !

Ou sont les ondes ? Ondes de Rossby Ondes planetaires Concepto de SOLITON: una ola indestructible e historica en fisica Ou sont les ondes ? Ondes de Rossby Ondes planetaires

Solitons de Rossby ?! Il existe dans ce système d ’ondes, Concepto de SOLITON: una ola indestructible e historica en fisica Il existe dans ce système d ’ondes, des solutions localisées qui suivent l ’équation dynamique : TOURBILLONS ANTICYCLONIQUES DE GRANDE ECHELLE (>2000 km atmosphère, > 50km océan) LONGUE DUREE DE VIE (>plusieurs mois) Solitons de Rossby ?!