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Nobel de physique : les lasers récompensés

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Les travaux du Français Gérard Mourou et de son étudiante canadienne Donna Strickland ont permis d'opérer des millions de personnes souffrant de myopie ou de cataracte. Intervention ici sur la cornée
Les travaux du Français Gérard Mourou et de son étudiante canadienne Donna Strickland ont permis d'opérer des millions de personnes souffrant de myopie ou de cataracte. Intervention ici sur la cornée
© Getty - Universal Images Group

Le Prix Nobel de physique distingue cette année une Canadienne, un Français et un Américain pour leurs travaux sur les lasers et l'optique. Leurs découvertes ont notamment permis de révolutionner la chirurgie optique.

L'Académie royale des sciences a remis ce mardi le Prix Nobel de physique à trois chercheurs. Ce prix revient pour moitié à l'Américain Arthur Ashkin et pour l'autre moitié au Français Gérard Mourou et à son ancienne étudiante canadienne Donna Strickland pour leurs travaux sur les lasers qui ont permis de "révolutionner" la physique des lasers, justifie l'Académie.

Une "pince-optique" et lumineuse

Arthur Ashkin, le doyen des lauréats du Nobel (96 ans) toutes catégories confondues, est primé pour avoir mis au point une "pince optique". Il s'agit en fait d'un laser utilisé comme une pince. La lumière exerce une force sur la matière. Le chercheur s'en est servi pour mettre au point une technique de piégeage des particules, comme si elles étaient prises en tenailles dans une pince, sans pour autant les endommager. Depuis sa démonstration, en 1987, sa découverte est couramment utilisée par les laboratoires pour étudier des micro-organismes, des virus ou des cellules vivantes, par exemple.
Le voici, en 2004, récompensé par le Harvey Prize, revenant sur ses travaux et remerciant avant tout sa femme pour son soutien :

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Des lasers ultra-rapides et ultra-précis

Gérard Mourou et Donna Strickland ont également fait de la lumière du laser et de ses capacités leur terrain de recherches. La chercheuse canadienne était à l'époque l'étudiante de Gérard Mourou. Elle est donc primée au même titre que lui et devient ainsi la troisième femme à recevoir un Nobel de physique, 55 ans après Maria Goeppert-Mayer et après Marie Curie (1903).

En 1985, ils parviennent à amplifier la puissance d'un laser alors que "cela faisait plus de dix ans que les chercheurs étaient bloqués sur les technologies du laser" explique Philippe Zeitoun, le directeur adjoint du laboratoire d'optique appliquée (ENSTA-Paris Tech - CNRS - École Polytechnique) de Palaiseau et collègue de travail de Gérard Mourou. 

Le lauréat a donc réussi là où tous avaient butté : "amener de l'énergie à un laser qui va très vite. Jusqu'alors, à chaque fois que quelqu'un essayait de donner de la vitesse à un laser très puissant, il cassait tout. Lui a trouvé la solution", poursuit Philippe Zeitoun, et "aujourd'hui on n'imagine pas s'en passer".

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Des applications dans la médecine, dans l'industrie et dans l'espace

La méthode de Gérard Mourou, dite CPA (Chirped Pulse Amplification), "consiste à espacer dans le temps les nombreuses fréquences formant les impulsions ultracourtes et de faible puissance, afin d'amplifier celles-ci sans détruire aucun des composants optiques, puis à les comprimer pour qu'elles retrouvent leur brièveté initiale" explique le journal du CNRS. Cette technique permet d'élever la puissance du laser d'un facteur compris entre 1 000 et 100 000.

Pour amplifier les impulsions, on les étire d'abord puis on les amplifie et ensuite on les compresse. Cela nous a permis tout de suite d'augmenter la puissance d'un facteur 1 000, 1 million et 1 milliard. On peut avoir maintenant des lasers de l'ordre du petawatt, ce qui équivaut à 1 000 fois les installations produisant de l'énergie dans le monde.

Gérard Mourou est interrogé par Nicolas Martin, dans l'émission La Méthode scientifique de ce 2 octobre 2018 à la suite de l'annonce de son Prix Nobel.

"Cette technique est devenue universelle"

4 min

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Cela a "permis de débloquer un verrou" sur le suivi des projets lasers intenses, souligne Marc Sentis, délégué scientifique à l'institut de physique du CNRS sur le suivi des projets lasers intenses. Pour comprendre, on peut prendre l'exemple d'un appareil photo. Si vous prenez une photo d'un cheval au galop, il apparaît figé. Le principe est le même lors d'une impulsion laser ultra-rapide. La matière est comme figée et cela permet d'examiner des atomes, des molécules en mouvement dans leurs détails. En l'amplifiant encore davantage, on peut exciter la matière et influer sur elle. C'est là où la découverte est particulièrement intéressante dans ses champs d'application. 

"Quand on utilise des impulsions laser aussi courtes, la matière n'a pas le temps de chauffer ou de réagir vraiment. Elle est figée et donc, par exemple, on peut couper net" décrit Marc Sentis. Les découpes nettes, sans altération de la matière, intéressent autant la médecine pour la chirurgie de l’œil et de la cornée par exemple (myopie, cataracte, glaucome) que l'industrie de pointe, comme l'aéronautique ou l'aérospatiale. 

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Du nettoyage de l'espace à la création de matière

Les applications du laser sont multiples et donnent beaucoup d'idées aux chercheurs. En ce moment, il est question de nettoyer les débris qui flottent dans l'espace sur la route des satellites et qui les abîment. "Sur la trajectoire des satellites, il y a de plus en plus de débris comme des écrous, des vis, des bouts, etc. Cela endommagent les satellites. Plusieurs approches sont donc étudiées comme utiliser les lasers pour pousser ces débris sur d'autres trajectoire, ou bien les faire brûler dans l'atmosphère, ou autre" expliquer Marc Sentis. 

Mais le grand projet du moment qui agite Gérard Mourou, confie Philippe Zeitoun, est de "créer des particules à partir du vide. Exciter le vide, exciter un endroit où il n'y a rien et arriver à le forcer à émettre des particules comme aux premiers instants de l'univers". Le chercheur est enthousiasmé à cette idée un peu folle : "Je sais qu'on n'y arrivera pas tout de suite, cela prendra des années, mais on doit y arriver" sourit-il.

© Visactu
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