Dans cette thèse, nous étudions plusieurs aspects de la radiation de Hawking en présence de violations de l'invariance locale de Lorentz. Ces violations sont introduites par une modification de la relation de dispersion, devenant non-linéaire aux courtes longueurs d'onde. Les principales motivations de ces travaux ont une double origine. Il y a d'une part le développement en matière condensée de trous noirs analogues, ou l'écoulement d'un fluide est perçu comme une métrique d'espace-temps pour les ondes de perturbations et ou la radiation de Hawking pourrait être détectée expérimentalement. D'autre part, il se pourrait que des effets de gravité quantique puissent être modélisés par une modification de la relation de dispersion. En premier lieu, nous avons obtenu des caractérisations précises des conditions nécessaires au maintien de l'effet Hawking en présence de violation de l'invariance de Lorentz. De plus, nous avons étudié l'apparition d'une onde macroscopique de fréquence nulle, dans des écoulements de type trous blancs et également pour des champs massifs. Une autre partie de ce travail a consisté à analyser une instabilité engendrée par les effets dispersifs, ou la radiation de Hawking est auto-amplifiée, générant ainsi un flux sortant exponentiellement croissant dans le temps.

Dans cette thèse, nous étudions plusieurs aspects de la radiation de Hawking en présence de violations de l'invariance locale de Lorentz. Ces violations sont introduites par une modification de la relation de dispersion, devenant non-linéaire aux courtes longueurs d’onde. Les principales motivations de ces travaux ont une double origine. Il y a d’une part le développement en matière condensée de trous noirs analogues, ou l’écoulement d’un fluide est perçu comme une métrique d’espace-temps pour les ondes de perturbations et ou la radiation de Hawking pourrait être détectée expérimentalement. D’autre part, il se pourrait que des effets de gravité quantique puissent être modélisés par une modification de la relation de dispersion. En premier lieu, nous avons obtenu des caractérisations précises des conditions nécessaires au maintien de l’effet Hawking en présence de violation de l’invariance de Lorentz. De plus, nous avons étudié l’apparition d’une onde macroscopique de fréquence nulle, dans des écoulements de type trous blancs et également pour des champs massifs. Une autre partie de ce travail a consisté à analyser une instabilité engendrée par les effets dispersifs, ou la radiation de Hawking est auto-amplifiée, générant ainsi un flux sortant exponentiellement croissant dans le temps. / In this thesis, we study several features of Hawking radiation in the presence of ultraviolet Lorentz violations. These violations are implemented by a modified dispersion relation that becomes nonlinear at short wavelengths. The motivations of this work arise on the one hand from the developing field of analog gravity, where we aim at measuring the Hawking effect in fluid flows that mimic black hole space-times, and on the other hand from the possibility that quantum gravity effects might be approximately modeled by a modified dispersion relation. We develop several studies on various aspects of the prob- lem. First we obtain precise characterizations about the deviations from the Hawking result of black hole radiation, which are induced by dispersion. Second, we study the emergence, both in white hole flows or for massive fields, of a macroscopic standing wave, spontaneously produced from the Hawking effect, and known as ‘undulation’. Third, we describe in detail an instability named black hole laser, which arises in the presence of two horizons, where Hawking radiation is self-amplified and induces an exponentially growing in time emitted flux.

This thesis is concerned with various methods for the control and investigation of pulse dynamics in a Photonic Crystal Fibre (PCF) and of the radiation driven by a short pulse. In particular the focus is on pulses in the anomalous dispersion region which would form solitons in the absence of higher order effects. Several different types of radiation can be driven by such pulses if they are perturbed by higher order dispersive and non-linear effects - for example Resonant Radiation (RR) and Negative Resonant Radiation (NRR) two dispersive waves which gain energy at the expense of the pulse. The feature of NRR which is of particular importance is that it is the first observed example of a coupling between positive and negative frequencies in optics. This has only been possible due to recent advances in fields such as PCFs, lasers and analogue systems. As with many scientific discoveries, NRR was found by bringing together ideas and techniques from these different fields. Both the pulse and the driven radiation are investigated using a number of different pulse and PCF parameters. These include power, chirp, polarisation and PCF dispersion. These are used to vary the wavelengths at which the driven radiation occurs as well as its generation efficiency. Furthermore the power and chirp are used to vary where in the PCF the driven radiation is generated by controlling where the driving pulse compresses and spectrally expands. This property is used to investigate different stages in the evolution of the pulse and driven radiation as well as to optimise the generation efficiency of the driven radiation.

Les deux principales prédictions de la théorie quantique des champs en espace-temps courbe, à savoir la radiation de Hawking et la production de paires de particules ayant lieu dans un espace-temps non stationnaire, n'ont jamais été testé expérimentalement et impliquent toutes deux des processus à ultra haute énergie. En conséquence, de telles prédictions doivent être considérées prudemment. En utilisant l'analogie avec des systèmes de matière condensée mise en avant par Unruh, leur analogue pourrait être testé en laboratoire. Par ailleurs, dispersion et dissipation sont toujours présentes dans de tels systèmes, ce qui régularise la théorie à courte distances. Lors d'expériences destinées à tester les prédictions citées ci-dessus, le bruit thermique modifiera le résultat. En effet, il existe une compétition entre l'émission stimulée dudit bruit thermique et l'émission spontanée issue du vide quantique. Afin de mesurer la radiation de Hawking analogue et de l'analogue des productions de paires (souvent appelé effet Casimir dynamique), il est alors nécessaire de calculer les conséquence de la dispersion et de la dissipation, ainsi que d'identifier des observables permettant de certifier que l'amission spontanée a eu lieu. Dans cette thèse, nous analyserons d'abord les effets de la dispersion et de la dissipation à la fois sur la radiation de Hawking et sur la production de paires de particules. Afin d'obtenir des résultats explicites, nous travaillerons avec l'espace-temps de de Sitter. Les symétries de la théorie nous permettront d'obtenir des résultats exacts. Ceux-ci seront alors appliqués aux trous noirs grâce aux ressemblances entre la région proche du trou noir et l'espace de de Sitter. Afin d’introduire de la dissipation, nous considérerons un modèle exactement soluble permettant de modéliser n'importe quel taux de dissipation. Dans un tel modèle, le champ est couplé de manière linéaire à un environnement contenant un ensemble dense de degrés de liberté. Dans un tel contexte, nous étudierons l'intrication des particules produites. Ensuite, nous considérerons des systèmes de matière condensée spécifiques, à savoir les condensats de Bose et les polaritons. Nous analyserons les effets de la dissipation sur l'intrication de l’effet Casimir dynamique. Enfin, nous étudieront de manière générique l'intrication de la radiation de Hawking en présence de dispersion pour des systèmes analogues. / The two main predictions of quantum field theory in curved space-time, namely Hawking radiation and cosmological pair production, have not been directly tested and involve ultra high energy configurations. As a consequence, they should be considered with caution. Using the analogy with condensed matter systems put forward by Unruh, their analogue versions could be tested in the lab. Moreover, the high energy behavior of these systems is known and involved dispersion and dissipation, which regulate the theory at short distances. When considering experiments which aim to test the above predictions, the thermal noise will contaminate the outcome. Indeed, there will be a competition between the stimulated emission from thermal noise and the spontaneous emission out of vacuum. In order to measure the quantum analogue Hawking radiation, or the analogue pair production also called dynamical Casimir effect, one should thus compute the consequences of ultraviolet dispersion and dissipation, and identify observables able to establish that the spontaneous emission took place. In this thesis, we first analyze the effects of dispersion and dissipation on both Hawking radiation and pair particle production. To get explicit results, we work in the context of de Sitter space. Using the extended symmetries of the theory in such a background, exact results are obtained. These are then transposed to the context of black holes using the correspondence between de Sitter space and the black hole near horizon region. To introduce dissipation, we consider an exactly solvable model producing any decay rate. In such a model, the field is linearly coupled to an environment containing a dense set of degrees of freedom. We also study the quantum entanglement of the particles so produced. In a second part, we consider explicit condensed matter systems, namely Bose Einstein condensates and exciton-polariton systems. We analyze the effects of dissipation on entanglement produced by the dynamical Casimir effect. As a final step, we study the entanglement of Hawking radiation in the presence of dispersion for a generic analogue system.