Notre équipe a obtenu en 2007 un condensat de Bose Einstein de chrome 52Cr, élément possédant un fort moment magnétique dans son état fondamental (μ = 6μB, contre μ = 1μB pour les systèmes alcalins). L’interaction dipôle-dipôle ainsi induite se démarque des interactions dominant habituellement la physique d’un condensat, dîtes de van der Waals, par son caractère longue portée et son anisotropie, et modifie par exemple les propriétés hydrodynamiques de ce fluide quantique. Le cœur de ce travail de thèse est axé sur l’étude et le contrôle de collisions avec changement de magnétisation dues à l’interaction dipôle-dipôle au sein d’un condensât.

Nous avons mesuré le taux de collisions inélastiques dipolaires en fonction du champ magnétique, ce qui nous a notamment permis de déduire des valeurs précises des longueurs de diffusion a6 = (103 ± 4)aB et a4 = (64 ± 4)aB du chrome.

Dans des réseaux optiques, ces mêmes collisions peuvent être contrôlées voire annulées par le confinement, et nous observons un échange entre relaxation du spin et excitation des bandes vibrationnelles, qui peut être effectué de façon résonante (pour des réseaux optiques 3D). L’annulation de ces collisions nous permet notamment de créer un gaz dégénéré dans un état métastable.

Enfin, nous avons observé une transition de phase quantique à très bas champ magnétique (B ≈ 250 μG), entre un condensat de nature ferromagnétique et un condensat spinoriel non polarisé : l’existence de ces phases est déterminée par la différence d’interaction de contact entre les diverses composantes de spin. Nous avons étudié la dynamique, fixée par l’interaction dipolaire, de la démagnétisation du condensat lors de cette transition de phase, ainsi que la thermodynamique d’un tel spineur, dans le cas original où la magnétisation totale du système est libre. Mots clés : condensation de Bose Einstein, interactions dipolaires, chrome, relaxation dipo- laire, réseaux optiques, phases quantiques spinorielles, thermodynamique du magnétisme.