Projet MANUREVA Modélisation mathématique et étude expérimentale des instabilités non linéaires, des vagues scélérates et des phénomènes extrêmes Programme SYSCOMM 2008-2011 Frédéric Dias
Equipes Frédéric Dias, Dmitry Agafontsev, Boguk Kim John Dudley, Benjamin Wetzel Guy Millot, Bertrand Kibler, Christophe Finot, Kamal Hammani, Julien Fatome Josselin Garnier
Objectifs et Méthodologie Le but de ce projet est de mener des études mathématiques, numériques et expérimentales sur les phénomènes d'ondes extrêmes en optique et en hydrodynamique Aspects clés multidisciplinaires Transfert vers l optique de résultats théoriques et de techniques numériques avancées développées en hydrodynamique Exploitation de la grande souplesse et de la maturité des techniques expérimentales en optique pour la vérification des prévisions de phénomènes extrêmes océaniques
Vagues extrêmes Localisé dans l espace et le temps, le phénomène des vagues scélérates échappe à la perception de l état de la mer en termes de statistiques et d estimation de la hauteur probable des plus grandes vagues. 20 Hauteur d eau en mètres 1995 1945-10 0 Temps en secondes 600 1974 Histogramme de la hauteur significative de l état de la mer 1980-2003 Hs C. Kharif et al., Rogue Waves in the Ocean, Springer (2009)
Vagues extrêmes Les vagues scélérates ont un véritable impact sociétal et économique
Vagues extrêmes Les vagues scélérates ont un véritable impact sociétal et économique 2006-2010 MS Louis Majesty 3 Mars 2010 Espagne (2 victimes) L.E. Roisin 5 Octobre 2004 Irlande (dégâts importants)
Contexte en 2008 Les vagues scélérates sont reconnues comme domaine d étude important. Leur étude demeure néanmoins difficile. Elles sont rares et les moyens de mesurer une vague scélérate ne sont qu exceptionnellement présents sur un navire lorsqu elles surgissent. Sans compter le manque de fiabilité des instruments de mesure en conditions extrêmes. De nouvelles études sont nécessaires pour comprendre comment se propagent les vagues organisées en groupes qui se comportent de manière autonome. Leur combinaison et leur interaction répartissent l énergie entre plusieurs, ou au contraire la concentrent sur une seule qui aspire ses voisines. En décembre 2007, un article paru dans Nature suggère de façon audacieuse que des effets analogues peuvent être observés dans des fibres optiques.
MANUREVA Début de l année 2008 MANUREVA rassemble plusieurs équipes en optique et en hydrodynamique afin d approfondir l analogie et d aller plus loin dans l exploration des phénomènes d ondes extrêmes dans les deux systèmes
Vagues océaniques, ondes électromagnétiques Les modèles de propagation non-linéaire de groupes de vagues en pleine mer et d ondes électromagnétiques dans les fibres optiques sont physiquement identiques A β A + = z 2 T 2 2 2 i iγ A A 0 2 A est l amplitude de l enveloppe Les résultats peuvent être échangés entre ces deux disciplines apparemment si différentes
Vagues océaniques, ondes électromagnétiques Les expériences en optique sont plus simples, plus petites, plus sèches, moins dangereuses, et plus belles! La génération de différentes couleurs crée un parallèle avec la génération de vagues de différentes longueurs d onde, dont certaines vont enfler pour atteindre des amplitudes extrêmes
Mise en œuvre numérique et théorique Des résultats théoriques d hydrodynamique combinés à des simulations numériques pointues nous ont conduit à mettre en œuvre une expérience en optique consistant à exciter une vague scélérate contrôlée Soliton de Peregrine (1983) Enfin observé 27 ans plus tard!! Temps Distance Optics in 2011
Motivation des équipes en hydrodynamique 2011
Motivation des équipes en hydrodynamique
Motivation des équipes en hydrodynamique 2013
Retour à l optique excitation par le bruit 2012
Retour à l optique application 2013 Extraction d une séquence binaire par filtrage des fluctuations d intensité Définition d un seuil pour l encodage binaire après 50000 réalisations Génération d une séquence de 1Mbits par comparaison des réalisations suivantes Succès des tests d aléas standard (NIST) pour l ensemble des séquences
Impact et Travaux MANUREVA a déclenché une véritable collaboration internationale dans le domaine des ondes scélérates en optique et a établi des liens forts avec la communauté vagues océaniques 43 Publications dans des revues (16 impliquent plusieurs partenaires) 42 Exposés invités (10 l ont été pour des publics en géophysique/science pluridisciplinaire)
Dissémination et Vulgarisation Participation à plusieurs concours de films scientifiques (2012) Table Ronde à l UNESCO (2013)
Distinctions et suites de MANUREVA ERC Advanced Grant sur la correspondance océan/optique pour les ondes F. Dias et J. Dudley (2012-2016) ERC Advanced Grant sur les ondes en milieux complexes (imagerie) J. Garnier et H. Ammari (2011-2016) ERC Starting Grant sur la polarisation J. Fatome (2013-2018) CNRS Médaille de Bronze B. Kibler (2011) CNRS Médaille d Argent J. Dudley (2013)
Le rôle vital de l ANR L ANR en tant qu agence nationale de financement de la recherche a un modèle de financement assez unique, qui encourage les projets pluridisciplinaires autour de thèmes d intérêt commun. Dans notre cas, les ressources ont servi à financer l achat d équipement en optique et les salaires de jeunes chercheurs. La valeur ajoutée la plus importante a sans doute été que des chercheurs de disciplines différentes, qui dans un contexte normal n auraient pas travaillé ensemble, ont pu être rapprochés et encouragés à explorer des thèmes de recherche originaux sur un sujet pluri-disciplinaire. Le timing a été crucial nous avons reçu le financement au début de ce nouveau champ de recherche.