Cette thèse comprend une analyse d'un système de N bosons de masse m, à une dimension (1D). Vue des efforts expérimentaux récents et de la perspective d'étudier plusieurs effets quantiques intéressants, nous choisissons une géométrie circulaire avec une circonférence L. Un potentiel extérieur dépendant du temps nous permet d'introduire un mécanisme qui change l'état du moment angulaire des bosons. Ce potentiel est de la forme d'une fonction delta de Dirac qui se déplace le long de l'anneau à une vitesse v et la force de ce potentiel vaut U_0. Il peut être vu comme une barrière qui met les bosons en rotation. Les interactions entre les bosons sont des interactions de contact, décrites dans le modèle de Lieb et Liniger. Puisque le potentiel extérieur ne garde pas la symétrie de translation de L'Hamiltonien du système l'équation de Schrödinger n'est pas résoluble de manière exacte en utilisant un Ansatz de Bethe. Cependant, dans les limites des bosons libres et des bosons impénétrables de Tonks et Girardeau des méthodes alternatives existent pour trouver une solution exacte. Le but de cette thèse est de résoudre l'équation de Schrödinger dans ces cas limites. La solution nous permet d'accéder aux observables intéressantes concernant les propriétés superfluides des bosons libres et du gaz de Tonks. Nous effectuons une analyse du courant des particules, de ses fluctuations et de la force de traînée. Nous trouvons un comportement superfluide en-dessous d'une vitesse critique v_c=ħπ/(mL) de la barrière. Une oscillation du courant et la force de traînée est observée pour une vitesse de la barrière v=n*v_c, avec n un entier naturel. De plus, nous étudions la nature de l'état quantique du gaz de Tonks. Dans les analyses de la distribution des impulsions, de la fonction de Wigner et des images ``temps de vol'' pour une vitesse de la barrière v=n*v_c, on trouve que l'état du système est une superposition macroscopique de deux sphères de Fermi, l'une centrée autour de l'impulsion égale à zéro et l'autre autour de l'impulsion égale à 2q, avec q=mv/ħ. Cet état est un état fortement corrélé, non-classique car la fonction de Wigner atteint des valeurs négatives. / Recent experimental activities of boson trapping on a ring geometry open the way to explore a novel topology. We focus on a tight ring trap with strong transverse confinement leading to an effectively one-dimensional motion along its circumference. We consider a strongly interacting bose gas on the ring subjected to a localized barrier potential which is suddenly set into motion. The Bose-Fermi mapping allows to obtain an exact solution for the many-body wavefunction in the impenetrable-boson (Tonks-Girardeau) limit of infinitely strong interactions between the particles with arbitrary external potential, not treatable with the Bethe Ansatz. Using the time-dependent extension to BF mapping an exact solution for the dynamical evolution of the many-body wavefunction is obtained. The exact solution allows to calculate the particle current, the particle current fluctuations and the drag force acting on the barrier. In the weak barrier limit the stirring drives the system into a state with net zero current and vanishingly small current fluctuations for velocities smaller than v_c=ħπ/(mL), with m the atomic mass and L the ring circumference. The existence of a velocity threshold for current generation indicates superfluid-like behavior of the mesoscopic Tonks-Girardeau gas, different from the non-superfluid behavior predicted for the TG gas in an infinite tube. At velocities approaching integer multiples of v_c angular momentum can be transferred to the fluid and a nonzero drag force arises. At these velocities we predict the formation of a macroscopic superposition of a rotating and a nonrotating Fermi sphere of the mapped Fermi gas. We calculate the momentum distribution, time of flight images and the Wigner function of the Bose gas, the latter allowing to identify quantum interferences in the superposition. We find that the barrier velocity should be larger than the sound velocity for a better discrimination of the two components of the superposition.

Cette thèse comprend une analyse d'un système de N bosons de masse m, à une dimension (1D). Vue des efforts expérimentaux récents et de la perspective d'étudier plusieurs effets quantiques intéressants, nous choisissons une géométrie circulaire avec une circonférence L. Un potentiel extérieur dépendant du temps nous permet d'introduire un mécanisme qui change l'état du moment angulaire des bosons. Ce potentiel est de la forme d'une fonction delta de Dirac qui se déplace le long de l'anneau à une vitesse v et la force de ce potentiel vaut U_0. Il peut être vu comme une barrière qui met les bosons en rotation. Les interactions entre les bosons sont des interactions de contact, décrites dans le modèle de Lieb et Liniger. Puisque le potentiel extérieur ne garde pas la symétrie de translation de L'Hamiltonien du système l'équation de Schrödinger n'est pas résoluble de manière exacte en utilisant un Ansatz de Bethe. Cependant, dans les limites des bosons libres et des bosons impénétrables de Tonks et Girardeau des méthodes alternatives existent pour trouver une solution exacte. Le but de cette thèse est de résoudre l'équation de Schrödinger dans ces cas limites. La solution nous permet d'accéder aux observables intéressantes concernant les propriétés superfluides des bosons libres et du gaz de Tonks. Nous effectuons une analyse du courant des particules, de ses fluctuations et de la force de traînée. Nous trouvons un comportement superfluide en-dessous d'une vitesse critique v_c=ħπ/(mL) de la barrière. Une oscillation du courant et la force de traînée est observée pour une vitesse de la barrière v=n*v_c, avec n un entier naturel. De plus, nous étudions la nature de l'état quantique du gaz de Tonks. Dans les analyses de la distribution des impulsions, de la fonction de Wigner et des images ''temps de vol'' pour une vitesse de la barrière v=n*v_c, on trouve que l'état du système est une superposition macroscopique de deux sphères de Fermi, l'une centrée autour de l'impulsion égale à zéro et l'autre autour de l'impulsion égale à 2q, avec q=mv/ħ. Cet état est un état fortement corrélé, non-classique car la fonction de Wigner atteint des valeurs négatives.

Dynamique du polyamide dans l'état solide en présence de solvants: Les polyamides sont une famille de polymères thermoplastiques semi-cristallins largement utilisés dans l'industrie automobile grâce à leur excellente stabilité thermique et propriétés mécaniques. Cependant, ces propriétés peuvent être affectées par la sorption de l'eau présente dans l'atmosphère ou de l'éthanol présent dans les biocombustibles. Les cinétiques de sorption et la sorption à l'équilibre dépendent des mécanismes d'interaction entre le solvant et le polyamide et des mécanismes de sorption et de diffusion. La diffusion et la sorption de solvants dans les polyamides sont des phénomènes complexes à cause de l'existence d'interactions spécifiques (liaisons hydrogène), d'hétérogénéités dynamiques dans la phase amorphe, de changements dans la dynamique du polymère en présence de solvants et de l'existence d'une phase cristalline. Puisque l'accessibilité de la phase amorphe peut avoir une influence sur les mécanismes de diffusion et de sorption, la diffusion et la sorption de différents solvants (eau, alcools de tailles différentes) ont été comparés dans un polyamide 100% amorphe et son homologue semi-cristallin. Nous avons confirmé que la phase amorphe d'un polymère semi-cristallin n'est pas entièrement accessible à l'eau, ce qui est en accord avec la littérature. Une deuxième partie de cette étude a été consacrée à la relation entre la diffusion de solvants et la dynamique de la phase amorphe. Premièrement, nous avons mis en évidence que les mécanismes de diffusion Fickien et non-Fickien peuvent être expliqués par la variation des coefficients de diffusion avec la concentration de solvant. Deuxièmement, l'influence de la relaxation du polymère a été évaluée par Spectroscopie Diélectrique. Une simple comparaison des échelles de temps de la diffusion et de la relaxation alpha, associée à la transition vitreuse, indique que les deux phénomènes ne sont pas directement corrélés. Cependant, la diffusion semble corrélée à la relaxation secondaire beta, qui décrit la dynamique locale des groupements amide en présence d'eau / Dynamics in the solid state in presence of solvents: Polyamides are a family of semi crystalline thermoplastic polymers widely employed in the automotive industry due to its excellent thermal stability and mechanical properties. However, polyamide can be significantly affected by the absorption of low molecular weight penetrants like water. The rate of sorption and amount of absorbed solvent depend on the mechanisms of interaction between solvent and polyamide, along with sorption and diffusion mechanisms. Diffusion and sorption of solvents in polymers can be very complex because of the existence of specific interactions (non-polar or polar), dynamic heterogeneities in the amorphous phase, modification of the polymer dynamics induced by the solvents and different crystalline phases. In polyamide/solvent systems, all of these factors have to be taken into account. A first part of this study focused on the accessibility of the amorphous phase in semicrystalline polyamides. A comparison between a 100% amorphous polyamide and its semicrystalline counterpart of equivalent chemical structure suggests that the amorphous phase in semi-crystalline polyamide is not entirely accessible to the solvents. A second part of this study focused on the diffusion mechanisms of water and ethanol in polyamide. Fickian or non- Fickian diffusion mechanisms could be explained by the variation of the diffusion coefficients as a function of solvent concentration. Moreover, the relationship between water diffusion and the dynamics of the amorphous phase in polyamide was investigated. A simple comparison of dielectric characteristic relaxation times with the timescale of diffusion suggests that diffusion and polyamide alpha relaxation (associated to the glass transition) should not be directly correlated. However, diffusion is correlated to the secondary beta relaxation, which encompasses the local chain dynamics of hydrogen bonded amide groups in the presence of water. A mechanism of diffusion based on the trapping of water molecules between neighboring sorption sites (amide groups) is proposed in these strongly interacting polymers

Cette thèse présente la conception et l'implémentation d'une nouvelle génération de puces à atomes, ouvrant de nouvelles perspectives expérimentales dans des micropièges magnétiques très anisotropes. Les propriétés thermiques des puces en nitrure d'aluminium sont étudiées en détail. Le dispositif a été optimisé pour piéger de plus grands nombres d'atomes et améliorer la qualité de l'imagerie, notamment en fabriquant un miroir de planéité sub-λ/10 à la surface de la puce.Nous étudions des gaz quasi-1D grâce à des images in situ de profils fluctuants et des méthodes précises de calibration et d'analyse statistique. Nous mesurons des fluctuations non-gaussiennes, ce qui permet de tester sensiblement la thermodynamique du gaz et donne une mesure de corrélations à trois corps. Nous étudions précisément la transition de quasicondensation et mesurons pour la première fois sa loi d'échelle. En régime 3D, c'est une condensation transverse qui déclenche la quasicondensation longitudinale, tandis qu'en régime 1D, la formation d'un quasicondensat est gouvernée par les interactions répulsives et non par la dégénérescence quantique.Obtenant des températures record pour des gaz 1D, nous observons des fluctuations subpoissoniennes lorsque les corrélations atomiques sont déterminées, au moins localement, par les fluctuations quantiques qui dominent les fluctuations thermiques. Nous discutons également la thermalisation étonnamment rapide mesurée en régime 1D profond qui suggère que des collisions effectives à 3 corps brisent l'intégrabilité du système.

Cette thèse présente la conception et l'implémentation d'une nouvelle génération de puces à atomes, ouvrant de nouvelles perspectives expérimentales dans des micropièges magnétiques très anisotropes. Les propriétés thermiques des puces en nitrure d'aluminium sont étudiées en détail. Le dispositif a été optimisé pour piéger de plus grands nombres d'atomes et améliorer la qualité de l'imagerie, notamment en fabriquant un miroir de planéité sub-λ/10 à la surface de la puce.Nous étudions des gaz quasi-1D grâce à des images in situ de profils fluctuants et des méthodes précises de calibration et d'analyse statistique. Nous mesurons des fluctuations non-gaussiennes, ce qui permet de tester sensiblement la thermodynamique du gaz et donne une mesure de corrélations à trois corps. Nous étudions précisément la transition de quasicondensation et mesurons pour la première fois sa loi d'échelle. En régime 3D, c'est une condensation transverse qui déclenche la quasicondensation longitudinale, tandis qu'en régime 1D, la formation d'un quasicondensat est gouvernée par les interactions répulsives et non par la dégénérescence quantique.Obtenant des températures record pour des gaz 1D, nous observons des fluctuations subpoissoniennes lorsque les corrélations atomiques sont déterminées, au moins localement, par les fluctuations quantiques qui dominent les fluctuations thermiques. Nous discutons également la thermalisation étonnamment rapide mesurée en régime 1D profond qui suggère que des collisions effectives à 3 corps brisent l'intégrabilité du système. / This thesis presents the design and implementation of a new generation of atom chips, that open novel experimental possibilities with very anisotropic magnetic microtraps. The thermal properties of aluminum nitride atom chips are studied in detail. We have optimized the set-up in order to trap more atoms and image the clouds as precisely as possible. In particular we have fabricated a miror of sub-λ/10 planeity on top of the chip surface.We study quasi-1D gases using in situ pictures of the fluctuating density pro_les and precise methods for their calibration and statistical analysis. We measure non-gaussian fluctuations, which provides a sensitive test of the thermodynamics of the system and gives a measure of three-body correlations. We study precisely the quasicondensation transition, measuring its scaling for the first time. In the 3D regime, a transverse condensation triggers the longitudinal quasicondensation. In the 1D regime, on the contrary, the appearance of a quasicondensate is governed by repulsive interactions only, and not by quantum degeneracy.Reaching record temperatures for 1D gases, we observe subpoissonian fluctuations which indicate that atomic correlations are determined at least locally by quantum rather than thermal fluctuations. We also discuss our observation of surprizingly e_fficient thermalization deep in the 1D regime, suggesting that e_ffective 3-body collisions break the integrability of the system.

Les gaz d'atomes ultra-froids sont devenus des systèmes polyvalente pour l'étude des effets à N corps. Le haut degré de contrôle qu'ils offrent ainsi que la possibilité de modifier les interactions inter- atomiques ont permis des avancées importantes dans la compréhension des états fortement corrélés de la matière. Dans le régime d'interactions fortes, l'étude des bosons, contrairement à celle des fermions, est entravée par la recombinaison à trois particules qui induisent des pertes d'atomes et empêche le système d'atteindre un réel état d'équilibre. Dans cette thèse, nous présentons la première comparaison théorie-expérience quantitative du co- efficient de perte à trois corps L_3(a,T), pour des valeurs arbitraires de la longueur de diffusion a et de température T. Pour la diffusion à deux corps unitaire (|a|→∞), nous montrons que le coefficient de pertes à trois corps suit la loi L_3(∞, T ) = λ_3/T^2, ce que nous avons testé en étu- diant un gaz piégée non-dégénéré de ^{7}Li maintenu à température constante. La valeur mesurée de λ_3 = 2.5(3)_{stat} (6)_{syst} × 10^{−20} (μK)^2 cm^6 s^{−1} est, à la précision expérimentale, en bon accord avec la prédiction théorique λ_3^{th} = 1.52 × 10^{−20}(μK)^2 cm^6 s^{−1}. Nous avons étendu ces mesures à des valeurs arbitraires de la longueur de diffusion. Pour a < 0, la théorie se raccorde à un modèle à température effective nulle pré-existant et le régime unitaire. Nous montrons aussi qu'une seconde résonance d'Efimov devrait être observable autour de a = −500 a0 pour une température de 1 μK. Finalement, nous comparons la prédiction théorique est confirmée par les mesures effectuées à Innsbruck avec le ^{133}Cs et à Cambridge avec le ^{39}K.