Un « poisson quantique » remonte un courant superfluide : Une nouvelle forme de propulsion dans un fluide de lumière

Les superfluides sont des états quantiques de certains matériaux qui se manifestent au niveau macroscopique à très basse température. Ils ont en général des propriétés surprenantes et sont en particulier connus pour s’écouler sans frottement autour d’obstacles tant que leur vitesse reste inférieure à une valeur critique. Au-delà, cet état se dégrade, entraînant généralement les objets dans le sens de l’écoulement.

Dans un travail récent, des chercheurs d’une collaboration impliquant trois laboratoires de physique français et l’université de Porto ont mis au jour un scénario encore différent. Grâce à un « fluide de lumière », un état où la lumière se comporte comme un fluide quantique dans une vapeur atomique, ils ont analysé la dynamique d’un obstacle mobile au sein du fluide. Lorsque la vitesse du fluide dépasse le seuil critique, cet objet se met spontanément à remonter le courant !

Ces recherches ont été menées dans les laboratoires CNRS suivants :

• Laboratoire Kastker Brossel (LKB, CNRS / Collège de France / ENS-PSL / Sorbonne Université)

• Institut de physique de Nice (INPHYNI, CNRS / Université Côte d'Azur)

• Laboratoire de physique théorique et modèles statistiques (LPTMS, CNRS / Université Paris-Saclay)

Ce comportement s’explique par l’émission périodique de paires de tourbillons en aval de l’obstacle. En emportant de la quantité de mouvement vers l’arrière, ces vortex produisent une poussée en sens opposé, propulsant l’objet vers l’amont. Les chercheurs ont pu observer directement ce phénomène grâce à des techniques d’imagerie innovantes permettant de suivre à la fois la trajectoire de l’objet et la dynamique du fluide. Ce mécanisme rappelle un phénomène surprenant étudié en hydrodynamique classique : celui de truites mortes qui remontent une rivière en exploitant passivement (si l’on peut dire) les tourbillons de l’écoulement. De façon analogue, cet « objet quantique » n’a pas besoin de moteur propre : il tire parti des vortex qu’il produit pour se déplacer.

Ces résultats mettent en évidence une nouvelle forme de propulsion, où la dissipation d’énergie devient une ressource plutôt qu’une contrainte. Ils ouvrent des perspectives originales pour manipuler et transporter des objets à l’échelle microscopique dans des fluides quantiques. Ce travail est publié dans les Physical Review Letters.