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GÉRARD MOUROU DIRECTEUR DU LABORATOIRE D?OPTIQUE APPLIQUÉE

Par publié le à 00h00

Après trente années passées aux États-Unis, le physicien Gérard Mourou est revenu en France pour développer un projet unique au monde : l'Institut de la lumière extrême. À 65 ans, l'actuel directeurdu Laboratoire d'optique appliquée consacre l'essentiel de son temps à ce chantier qui doit déboucher, en 2016, sur un laser mille fois plus puissant que ceux existant aujourd'hui. Rencontre avec un homme de l'extrême, qui veut percer le mystère du vide.

IT - Vous dirigez un projet fascinant. Grâce à vous, on pourra dire : « Et la lumière extrême fut... »

Gérard Mourou. Nous voulons créer, à l'horizon 2016, un laser mille fois plus puissant que ceux qui existent actuellement. Le projet ELI (Extreme Light Infrastructure) sera le vaisseau amiral de la physique des hautes intensités. Aujourd'hui, les lasers mégajoules à Bordeaux (Gironde) et le FIS en Angleterre développent des puissances de 100 térawatts (1 térawatt = 1012 watts). Le nôtre, qui est encore en phase préparatoire, pourra atteindre une puissance crête de l'ordre de l'exawatt (1018). Pour donner un ordre d'idée, c'est l'équivalent de 100 000 fois la puissance générée par l'ensemble du réseau électrique mondial actuel. Et la pression exercée sera égale à celle exercée sur le bout du doigt par 10 millions de porte-conteneurs de plusieurs tonnes.

IT - Des comparaisons vertigineuses... Mais comment parvenir à de telles performances ?

G. M. Tout simplement en jouant sur la durée. La puissance étant égale à l'énergie divisée par le temps, nous jouerons sur des temps extrêmement courts pour générer des tirs à ce niveau d'intensité. Là où le laser mégajoule opère pendant une nanoseconde (10-9 seconde), nous travaillerons sur une échelle de temps un million de fois plus courte, de l'ordre de la femtoseconde (10-15). Cette astuce nous permettra de ne consommer que très peu d'énergie. Pour réaliser nos tirs, nous n'aurons besoin que de quelques kilojoules, soit l'énergie contenue dans une petite bouchée de viennoiserie. Quand le mégajoule, lui, grille l'équivalent d'un gros pain au chocolat (200 kJ).

IT - L'installation sera-t-elle aussi dangereuse que puissante ?

G. M. ELI ne présente que très peu de risques, en fait. La puissance crête est certes très élevée mais elle ne sera atteinte que l'espace d'une femtoseconde toutes les minutes. Si on lisse cette charge dans le temps, ELI n'émettra en moyenne pas plus de puissance qu'un sèche-cheveux. D'ailleurs, nous n'avons prévu aucune application militaire dans le cadre de ce projet.

IT -Quelle sera l'expérience phare de ce laser de l'extrême ?

G. M. Nous voulons percer le mystère du vide. Plus exactement, celui du vide impondérable ou absolu, là où il ne subsiste aucune molécule, aucun atome. Nous focaliserons nos tirs de laser sur ce vide pour en faire jaillir la matière. Grâce à ELI, nous devrions réussir à révéler les particules et les antiparticules qui constituent ce vide. Cette expérience est une question fondamentale sur laquelle travaillent déjà aujourd'hui des accélérateurs de particules comme celui du Cern. Avec ELI, nous participerons à cette exploration. Et nous réussirons à recréer ce qui s'est produit quelques millisecondes après le big bang. Mais nous possédons un avantage majeur : pour recréer cet environnement originel, nous avons besoin d'une distance mille à dix mille fois plus courte que celle qu'exigent les accélérateurs de particules actuels.

IT - Les physiciens vont adorer... mais pour les industriels, ces défis de recherche fondamentale semblent très loin de leurs préoccupations.

G. M. À tort. ELI n'est pas qu'un projet purement scientifique. C'est aussi un formidable projet d'ingénierie, dans lequel nous impliquons nos partenaires en organisant des journées industrielles. Pour eux, ELI représente un vrai challenge d'innovation. Nous pourrions aujourd'hui construire ELI avec les composants existant sur le marché mais il y a des points d'amélioration majeurs à apporter à ces produits. Dans le cas des réseaux de diffraction, par exemple, il faudrait les rendre moins sensibles à la lumière pour augmenter leur durée de vie. Le seuil de dommage est aujourd'hui de l'ordre de 100 000 J/cm2. S'il tombait à 5 joules seulement, ce serait idéal. Nous cherchons également la solution pour créer des cristaux plus gros en dopant des saphirs au titane. Une entreprise américaine, Horiba, et une française, RSA, se sont d'ailleurs emparées de ce sujet.

IT -Espérez-vous percer d'autres secrets que ceux de la matière ?

G. M. Nous pensons qu'ELI permettra de réaliser des percées significatives dans le domaine médical ou le nucléaire. Notre installation permettra notamment de faire avancer la photonthérapie. Ce mode de traitement du cancer est moins traumatisant pour le corps que les rayons X car les photons ne délivrent leur pleine puissance qu'à une certaine distance de leur point de départ. Cette solution existe déjà mais elle est très onéreuse, donc peu utilisée. Avec ELI, nous pensons améliorer à la fois son efficacité et son coût. Nous travaillerons également sur les matières nucléaires pour en réduire les rayonnements. Nous pourrions manipuler les isotopes pour réduire la durée de vie des déchets radioactifs. Mais comme toujours avec ce type d'installation, il est très difficile de prévoir ce que nous trouverons. L'histoire nous montre que les débouchés les plus importants ou les plus marquants sont ceux que l'on ne prévoit pas.

IT - Les promesses de la lumière extrême sont grandes, son coût aussi... La France est-elle seule à financer ce laser du troisième type ?

G. M. Nous avons fédéré 23 pays autour de ce projet unique au monde : 13 au sein de l'Union européenne et 10 hors Europe, dont le Japon, la Corée et les États-Unis. Les 400 millions d'euros nécessaires à sa construction seront donc répartis entre eux, mais le pays d'accueil de l'installation principale prendra à sa charge environ 30 % du coût total. En dehors de l'Hexagone, cinq pays (Grèce, Hongrie, République tchèque, Roumanie, Royaume-Uni) sont candidats pour accueillir cette installation. Chacun aura de toute façon une part du projet car nous l'avons construit comme un réseau. Les expériences se dérouleront sur l'installation centrale mais seront préparées en amont dans des mini-ELI implantés dans différents pays. Cette organisation permettra de l'optimiser, sans bloquer l'installation principale parce qu'une expérience n'est pas prête. Compte tenu de la forte demande attendue, le laser sera exploitable 24 heures sur 24 (en trois équipes) et sept jours sur sept.

IT - ELI est-il le chaînon manquant qui transformera le plateau de Saclay en une Silicon Valley à la française ?

G. M. Je pense que chaque grande université doit se doter d'un équipement de recherche de renommée mondiale. Le MIT, à Boston (État-Unis), dispose du Lincoln Laboratory. Caltech, du JPL. Si l'École polytechnique et l'Ensta sont choisies pour héberger cet équipement unique au monde, cela participera au rayonnement international du campus. Pour les étudiants, cela ouvrira de nouvelles possibilités de thèse mais cela peut surtout permettre d'attirer des chercheurs et des enseignants de renommée mondiale. Et à plus long terme générer un écosystème vertueux de PME innovantes.

COMMENT GÉNÉRER CE LASER DE L'EXTRÊME ?

Pour faire surgir la matière du vide absolu, Gérard Mourou va développer un rayon laser d'une puissance équivalente à 100 000 fois celle du réseau électrique mondial et capable d'exercer une pression équivalente à 10 millions de porte-conteneurs sur quelques centimètres carrés seulement. Le laser sera doté de dix bras qui convergeront en un point afin d'atteindre la puissance maximale. Pour générer cette intensité extrême, Gérard Mourou fera appel à un dispositif d'amplification par dérives de fréquence (Chirped Pulse Amplification) qu'il a mis au point lors de son séjour à l'université du Michigan (États-Unis). Cet appareil, qui met en oeuvre notamment des saphirs dopés au titane, permettra de générer une puissance de l'ordre de l'exawatt en jouant sur des temps de l'ordre de quelques femtosecondes.

LES 5 DATES DE GÉRARD MOUROU

1970 Thèse de doctorat (optique approfondie). 1973 Début de ses travaux sur les sciences ultrarapides au sein du Laboratoire d'optique appliquée (LOA). 1977 Nommé directeur du groupe des sciences ultrarapides de l'université de Rochester (États-Unis). 1988 Création du laboratoire sur les sciences ultrarapides à l'université du Michigan (États-Unis). 2006 Retour en France pour diriger le LOA et développer le projet d'Institut de la lumière extrême.

LE LOA

LE LASER EST SA SPÉCIALITÉ Niché sur le plateau de Saclay, le Laboratoire d'optique appliquée, partagé entre l'École polytechnique et l'École nationale supérieure des techniques avancées (Ensta), s'est fait une spécialité des lasers. Dirigé par Gérard Mourou, il s'est érigé chef de file du projet européen sur les lasers extrêmes.

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