Etude expérimentale des phénomènes de transport dans les réseaux optiques d'atomes froids

This thesis is devoted to the experimental study of transport phenomena in optical lattices of cold atoms, in particular bright lattices in which trapped atoms scatter light. The most important effects studied are spatial diffusion and Brillouin-like propagation modes. The experimental methods used in this work are pump-probe spectroscopy that we have used in two different configurations, recoil induced resonances for the study of kinetic temperature and imagery of the atomic cloud for the study of spatial diffusion and propagation modes.The propagation modes, which have only been detected by pump-probe spectroscopy till then, have directly been detected by imagery for the first time: either by observing an increase of spatial diffusion or by observing a displacement of the center of mass of the atomic cloud in the direction of excitation.The study of spatial diffusion for different geometries of the lattice has shown on one hand the anisotropy of spatial diffusion in a periodic lattice, and on the other hand the fact that spatial diffusion strongly depends on the lattice constant. By contrast, a study of kinetic temperature made simultaneously shows that the temperature does not depend on the lattice constant but only on the depth of the potential wells.Finally, we have shown that the proposed relationship between the width of the central resonance observed in the pump-probe spectra (Rayleigh resonance) and the spatial diffusion coefficient, is not reliable. Other experimental studies are presented to check if the Rayleigh width can be related to the relaxation rate of the velocity distribution.Cette thèse a pour objet l'étude expérimentale des phénomènes de transport dans les réseaux optiques d'atomes froids, en particulier les réseaux dits ‘brillant' dans lesquels les atomes piégés diffusent la lumière. Les principaux phénomènes de transport étudiés sont la diffusion spatiale et les modes de propagation appelés modes Brillouin. Les méthodes utilisées sont la spectroscopie pompe-sonde, que nous avons utilisée dans deux configurations différentes, la méthode des résonances induites par le recul pour les mesures de températures et l'imagerie du nuage d'atomes refroidis pour l'étude de la diffusion spatiale et des modes de propagations.Les modes de propagation Brillouin, détectés jusqu'ici par spectroscopie pompe-sonde, ont été pour la première visualisés directement par imagerie : soit par une augmentation de la diffusion spatiale, soit par un déplacement du nuage atomique dans la direction d'excitation.L'étude de la diffusion spatiale pour différentes géométries du réseau a montré d'une part l'anisotropie de la diffusion dans un réseau périodique, et d'autre part que la diffusion dépend fortement de la périodicité du réseau. Une étude sur la température menée en parallèle montre que la température en revanche ne dépend pas de la périodicité du réseau mais seulement de la profondeur des puits.Enfin, nous avons montré que la relation proposée jusqu'ici pour relier la largeur de la résonance centrale des spectres pompe-sonde (résonance Rayleigh) à la diffusion spatiale n'est pas vérifiée dans notre réseau. Des études expérimentales pour vérifier si la largeur de cette résonance peut être reliée au taux de relaxation de la distribution de vitesse sont également présentées