Dynamics and stability of a Bose-Fermi mixture : counterflow of superfluids and inelastic decay in a strongly interacting gas

La comprehension des effets des interactions dans un ensemble de particules quantiques represente un enjeu majeur de la physique moderne. Les atomes ultra-froids sont rapidement devenus un outil incomparable pour etudier ces systemes quantiques fortement correles. Dans cette these, nous presentons plusieurs travaux portant sur les proprietes d’un melange de superfluides de Bose et de Fermi cree a l’aide de vapeurs ultra-froides de ⁷Li et de ⁶Li. Nous etudions tout d'abord les proprietes hydrodynamiques du melange en creant un contre-courant entre les superfluides. L'ecoulement est dissipatif uniquement au dessus d'une vitesse critique que nous mesurons dans le crossover BEC-BCS. Une simulation numerique d’un contre-courant de deux condensats permet de mieux comprendre les mecanismes sous-jacents mis en jeu dans la dynamique. En particulier, l'etude numerique fournit des preuves supplementaires que l'origine de la dissipation dans nos experiences est liee a l'emission d'excitation elementaires dans chaque superfluide. Finalement, nous nous interessons aux pertes inelastiques par recombinaison a trois corps qui peuvent limiter la stabilite de nos nuages. Ces pertes sont intimement liees aux correlations a courte distance presentes dans le systeme et sont ainsi connectees aux proprietes universelles du gaz quantique. Cela se manifeste notamment par l’apparition de dependances en densite ou en temperature inusuelles du taux de perte lorsque le systeme devient fortement correle. Nous demontrons cet effet dans deux exemples ou les interactions sont resonantes, le cas du gaz de Bose unitaire et celui de notre melange de superfluides Bose-Fermi. Plus generalement, nos travaux montrent que ces pertes inelastiques peuvent etre utilisees pour sonder les correlations quantiques dans un systeme en fortes interactions.