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In quantum mechanics, the measurement is responsible for a back-action on the measured system, which generally limits the measurement sensitivity. It is so for interferometric measurement, where the mirrors of the interferometer are likely to move under the effect of the radiation pressure exerted by the light. We present an experiment dedicated to the study of these limits, based upon a ultrasensitive detection of the displacements of a moving mirror, which is inserted in a Fabry-Perot cavity. With the improvements we brought to our setup, we have been able to observe correlations between a classical intensity noise and the phase of the measurement beam, that are induced by the optomechanical coupling with the moving mirror. We describe the experimental conditions that have to be gathered to extend these experiments down to the quantum level, in order to observe the optomechanical correlations caused by the quantum fluctuations of radiation pressure, but also to be able to perform a quantum non demolition measurement of light by purely mechanical means. We also present several consequences of radiation pressure that our setup allowed us to highlight: cancellation of the back-action in length or force measurements, laser cooling of the mirror in a detuned cavity, and finally a dynamical effect of the back-action, that leads to signal amplification by setting the mirror into motion. This effect, predicted in the framework of the interferometric detection of gravitational waves, should allow a sensitivity improvement beyond the standard quantum limit, which should be reached in the second generation gravitational antennae., En mécanique quantique, toute mesure est responsable d'une action en retour sur le système mesuré, qui limite en général la sensibilité de la mesure. Il en est ainsi dans les mesures interférométriques, où les miroirs de l'interféromètre sont susceptibles de se déplacer sous l'effet de la pression de radiation exercée par la lumière. Nous présentons une expérience visant à mettre en évidence ces limites, basée sur la détection ultra-sensible des déplacements d'un miroir mobile inséré dans une cavité Fabry-Perot de très grande finesse. Grâce aux améliorations que nous avons apportées à ce dispositif, nous avons observé des corrélations entre un bruit classique d'intensité et la phase de faisceaux lumineux, induites par couplage optomécanique avec le miroir mobile. Nous décrivons les conditions expérimentales nécessaires pour prolonger ces expériences au niveau quantique, afin d'observer les corrélations optomécaniques produites par les fluctuations quantiques de la pression de radiation, mais aussi pour réaliser une mesure quantique non destructive de la lumière par des moyens purement mécaniques. Nous présentons également plusieurs conséquences de la pression de radiation que notre montage nous a permis de mettre en évidence : annulation de l'action en retour dans les mesures de longueur ou de force, refroidissement laser du miroir dans une cavité désaccordée, et enfin un effet dynamique de l'action en retour qui conduit à l'amplification d'un signal par la mise en mouvement du miroir. Cet effet, prédit dans le cadre de la détection interférométrique des ondes gravitationnelles, devrait permettre d'améliorer la sensibilité au-delà de la limite quantique standard, qui devrait être atteinte dans les antennes gravitationnelles de seconde génération.

We present a very sensitive optical measurement of small displacements of a mirror. Thanks to the use of a very high-finesse cavity, we have reached a sensitivity of 10-20 m.Hz-1/2 over a wide frequency band (severalhundreds of kilohertz).Our setup allows us to study accurately the noise sources in an optical measurement and the resulting limits. We are particularly interested in the optomechanical coupling induced by the radiation pressure exerted by light on a movable mirror. The mirror can move in response to the quantum fluctuations of radiation pressure, leading to an additional position noise. This back-action of the measurement on the system is responsible for quantum limits in the measurement.Among the improvements made on the experimental setup, we have injected two laser beams into the cavity in order to study the quantum effects of optomechanical coupling. We have demonstrated a cancellation of back-action noise in the measurement resulting from a destructive interference between the displacements of both mirrors of the cavity. We present the potential applications of this effect for the improvement of the sensitivity in optical measurements, especially in gravitational-wave detectors based on dual resonators., Nous présentons une expérience de mesure optique ultrasensible de petits déplacements d'un miroir. Grâce à l'utilisation d'une cavité Fabry-Perot de très grande finesse, nous avons atteint une sensibilité de 10-20 m.Hz-1/2 sur une plage de plusieurs centaines de kilohertz.Notre montage permet de mener une étude approfondie des sources de bruit dans une mesure optique et des limites de sensibilité associées. Nous nous intéressons en particulier au couplage optomécanique résultant de l'action réciproque entre la lumière et un miroir mobile. Par l'intermédiaire de la force de pression de radiation, les fluctuations quantiques d'intensité du faisceau génèrent un bruit de position supplémentaire du miroir. Ce bruit constitue l'action en retour de la mesure de position et entraîne l'existence de limites quantiques de sensibilité.Parmi les améliorations réalisées sur le montage, nous avons mis en place un système de double injection de faisceaux laser dans la cavité afin d'étudier les effets quantiques du couplage optomécanique. Nous avons mis en évidence une suppression de l'action en retour de la mesure par interférence destructive entre les réponses des deux miroirs formant la cavité. Nous discutons des applications potentielles de cet effet afin d'améliorer la sensibilité des mesures optiques, notamment pour les détecteurs doublement résonnants d'ondes gravitationnelles.